Den 5 500 år gamla neolithiska yxan hittades under arkeologiska undersökningar inför ett mångmiljardprojekt i eurotunneln.
Yxan verkar ha fastnat i vad som en gång var havsbottnen, kanske som en del av ett rituellt offer.
Bristen på syre i lerjorden hjälpte till att bevara trähandtaget.
Upptäckten gjordes i Rodbyhavn på den danska ön Lolland, som ska anslutas till den tyska ön Fehmarn via tunnellänken.
"Att hitta en haftad [handlebärande] yxa lika väl bevarad som den här är ganska fantastisk", sade Soren Anker Sorensen, en arkeolog på museet Lolland-Falster i Danmark.
Arkeologer har funnit andra på liknande sätt välbevarade organiska material i området under sina utgrävningar.
Till dessa hör upprättstående träpålar, en paddel, rosetter och andra yxaschakt.
Axlar var viktiga verktyg för stenåldersmänniskor, som använde dem för träbearbetning. De spelade dock också en viktig roll under införandet av jordbruket i Europa, när större delen av marken täcktes av täta skogar.
Arkeologerna menar att de neolitiska samhällena i södra Lolland kan ha använt kusten som ett offerområde.
Tidigare denna månad meddelade arkeologer som arbetade med Fehmarn Belt Tunnel att de hade upptäckt 5.000 år gamla fotavtryck längs kanten av en gammal fiskfälla som grävdes upp vid Rodbyhavn.
Arkeologer i Danmark har upptäckt ett otroligt sällsynt fynd: en stenåldersyxa i sitt trähandtag.