Den 70-årige Tids Team presentatör gick anti-tunnel kampanjledare för att bekämpa planerna, säger att de satte områdets bredare arkeologi i riskzonen.
Stonehenge Alliances protest ägde rum utanför ett samrådsevenemang i London tidigare.
Highways England sa att det arbetade för att hitta "den bästa möjliga lösningen".
Det offentliga samrådet om dess planer på att föra in A303 i en tvåvägstunnel på 2,9 km löper fram till den 5 mars.
Motorvägar England säger att flytten skulle minska trängseln och förbättra restiderna.
Systemet stöds av det engelska arvet och den nationella tilliten.
Robinson talade utanför Antiquariesällskapet i Burlington House och föreslog en längre tunnel.
Han sade: "Jag tror att det förslag vi erbjuds är ett riktigt gammalmodigt förslag.
"Det antar att det som behöver skyddas är den lilla stenklumpen."
Han sade att det bara var under de senaste tre decennierna som arkeologer hade börjat förstå den vidare betydelsen av platsen.
"Det är en högklassig Wiltshire Disneyland erfarenhet," sade han.
"När den är borta får vi aldrig tillbaka den.
"Om du skulle skydda Buckingham Palace, skulle du inte sätta en tunnel i halvvägs ner i Mall."
Stonehenge Alliance vill att andra alternativ för att minska trafiken ska utforskas fullt ut.
Doktor Kate Fielden sade: " Vi vill ha ett verkligt samråd med verkligt val.
"Både av motorvägar Englands alternativ innebär enorma och skadliga nya vägarbeten in i vårt viktigaste antika landskap."
En talesman för Highways England sade: "Vi förstår till fullo kulturarv platsen och ett av de breda målen med programmet är att bidra till att bevara och förbättra världsarvet genom att ta bort synen och ljudet av trafik och göra det lättare att nå och utforska."
Skådespelare och TV-bolag Sir Tony Robinson har sagt att planer för en tunnel nära Stonehenge i Wiltshire är för "gammaldags" i perspektiv.