Le toponyme « avenue du Lac-Saint-Charles » a été adopté dans le cadre de l'harmonisation des noms de rues, rendue nécessaire par le regroupement municipal du 1er janvier 2002.

L'avenue du Lac-Saint-Charles correspond à la principale voie de communication de l'ancienne ville de Lac-Saint-Charles, aujourd'hui un quartier de la ville de Québec. Le lac Saint-Charles, qui a donné son nom à la localité, tire lui-même sa dénomination de la rivière Saint-Charles, nommée ainsi par les Récollets établis sur ses rives en 1620, à l'emplacement actuel de l'Hôpital Général de Québec. Six ans auparavant, Charles Desboues ou de Boves (?-1623), grand vicaire de Pontoise (France) au service du cardinal de Joyeuse, avait organisé une quête à l'intention des Récollets qui s'apprêtaient à partir pour le Canada. Son don était assorti d'une demande : que le nom de la rivière Sainte-Croix soit changé pour celui de Saint-Charles. Les Récollets ont donc répondu au vœu émis par leur bienfaiteur.

Dès la fin du 17e siècle, les Hurons pêchent, chassent et piègent les animaux à fourrure dans les environs du lac, qu'ils appellent Tiora Datuec, « le lac brillant ». La dénomination « lac Saint-Charles » apparaît sur un plan de la seigneurie de Saint-Ignace de 1707.

Le quartier de Lac-Saint-Charles, dans l'arrondissement de La Haute-Saint-Charles, a les mêmes limites que l'ancienne ville homonyme. Son territoire correspond à la partie nord de la seigneurie de Saint-Ignace, concédée en 1647 aux Augustines de l'Hôtel-Dieu de Québec. Les premières concessions en bordure du lac Saint-Charles remontent à la fin des années 1720. Si on y dénombre quelques censitaires en 1739, aucun n'est encore établi de façon permanente. En 1782, cependant, la culture des terres et le peuplement sont bien amorcés. Avec l'agriculture, l'exploitation forestière deviendra l'activité vitale de l'agglomération naissante. Déjà fréquentée par les amateurs de pêche, la région du lac Saint-Charles attire aussi les villégiateurs et les artistes, comme Cornelius Krieghoff (1815-1872), qui peint maintes fois ses paysages enchanteurs. L'agglomération demeure modeste : en 1905, elle compte 525 habitants. En 1909, elle se détache de la municipalité de Saint-Ambroise pour s'intégrer à celle de Notre-Dame-des-Laurentides. En 1947, elle est érigée en municipalité indépendante, sous le vocable de Lac-Saint-Charles. Cinquante ans plus tard, elle obtient le statut de ville. Le secteur des services et l'exploitation de sablières ont alors pris le relai de l'industrie du bois. Depuis 2002, Lac-Saint-Charles fait partie intégrante de la ville de Québec.

Anciens toponymes
L'avenue du Lac-Saint-Charles portait auparavant le nom de 1re Avenue, adopté le 4 avril 1961. Anciennement, cette voie était appelée chemin du Village, nom qui apparaît sur une carte de 1944.