À l'extrémité ouest du quartier de Saint-Jean-Baptiste, la rue Saint-Jean devient le chemin Sainte-Foy et celui-ci se poursuit jusqu'aux limites de l'ancienne ville de Cap-Rouge. Ce chemin est ouvert par Jean Bourdon jusqu'aux abords de l'actuelle avenue Belvédère, puis prolongé dans la seconde moitié du 17e siècle. Au siècle suivant, on prend l'habitude de l'appeler chemin de Sainte-Foy car il mène alors au village de Sainte-Foy. Le toponyme chemin Sainte-Foy sera adopté officiellement en 1950 par la Ville de Sainte-Foy.

L'origine du nom Sainte-Foy fait l'objet de diverses hypothèses. Selon la plus répandue, il proviendrait du nom d'une terre concédée en 1637 à Pierre de Puiseaux, sieur de Montrénault, qui se serait inspiré du nom d'un village de France. D'autres croient plutôt qu'une statue de Notre-Dame de Foy expédiée en 1668 par les Jésuites de Dinant, en Belgique, à leurs pairs de Nouvelle-France expliquerait la dénomination, qui s'est muée en Notre-Dame-de-Sainte-Foy, puis en Sainte-Foy. Une troisième hypothèse voudrait que le Wendat Amantacha (1610?-1636), baptisé en France vers 1626-1627 sous le nom de Louis de Sainte-Foi, laisse son patronyme à ce lieu, en vertu de la grande notoriété dont il jouit à son retour en Nouvelle-France. Quoi qu'il en soit, la dévotion à l'égard de Sainte Foy ou Foi, cette vierge martyrisée à Agen, au 3e siècle, est très ancienne et fort populaire au Moyen Âge.

Enfin, cette dénomination est associée à la bataille de Sainte-Foy (28 avril 1760), une tentative des Français pour reconquérir Québec perdue l'année précédente. Bien que les troupes de Lévis y écrasent celles de Murray, cette victoire française est sans lendemain.

Ancien toponyme
Dans l'arrondissement de Sainte-Foy–Sillery–Cap-Rouge, le chemin Sainte-Foy portait au 17e siècle le nom de côte Saint-Michel, mais le tracé initial ne correspond pas tout à fait à celui d'aujourd'hui. Le chemin primitif, ouvert peu avant 1663 plus au sud, aurait été dévié au cours des décennies suivantes pour passer à l'intérieur des terres. La carte dressée par Robert de Villeneuve en 1685-1686 fait état de ce changement.