Dans les Évangiles dits apocryphes, c'est-à-dire considérés comme non authentiques, et dans la tradition chrétienne, sainte Anne est l'épouse de saint Joachim et la mère de la Vierge Marie. Elle est proclamée patronne du Québec en 1876, à l'occasion de la construction d'un nouveau sanctuaire à Sainte-Anne-de-Beaupré.

Le boulevard Sainte-Anne, qui dessert deux arrondissements, a été nommé ainsi parce qu'il longe le fleuve Saint-Laurent jusqu'au sanctuaire de Sainte-Anne-de-Beaupré, un lieu de pèlerinage de réputation mondiale qui accueille chaque année, notamment le 26 juillet, fête de sainte Anne, des milliers de pèlerins. Des marins d'origine bretonne y auraient établi un sanctuaire consacré à sainte Anne après leur sauvetage miraculeux d'un naufrage assuré. Ayant abordé à l'emplacement actuel de la municipalité de Sainte-Anne-de-Beaupré, ces bretons auraient fondé en quelque sorte la paroisse dont la première chapelle est construite en 1658.

Le parc Sainte-Anne, rue Grimaldi, rappelle la paroisse du même nom. En 1999, la paroisse de Sainte-Anne a fusionné avec celle de Saint-Gérard-Majella sous le vocable de Saint-Martin-de-Val-Bélair.

Le rang Sainte-Anne, qui desservait la septième concession de la seigneurie de Gaudarville au 18e siècle, a été nommé ainsi en hommage à sainte Anne.

La rue Sainte-Anne aurait vraisemblablement été nommée en l'honneur d'Anne d'Autriche (1601-1666), reine de France. Fille de Philippe III d'Espagne et de Marguerite d'Autriche, Anne épouse en 1615 Louis XIII, roi de France (1610-1643), et lui donne deux fils, Louis (XIV) et Philippe d'Orléans. À la mort de son époux, elle devient régente (1643-1661) pendant la minorité de son fils Louis et gouverne avec Mazarin. Le tronçon le plus ancien de la rue Sainte-Anne apparaît sur le Plan de Québec dressé par Jean Bourdon en 1640. Charles Huault de Montmagny, gouverneur de la Nouvelle-France de 1636 à 1648, aurait lui-même choisi le nom de Sainte-Anne.

Anciens toponymes
Dans l'arrondissement de Beauport, le boulevard Sainte-Anne portait auparavant le nom de boulevard d'Orléans. Ce toponyme avait été adopté par trois municipalités, aujourd'hui dans l'arrondissement de Beauport : Giffard, le 11 septembre 1942; Montmorency, le 4 novembre 1946; Beauport le 12 mai 1948. Le boulevard d'Orléans menait au pont de l'Île-d'Orléans, d'où son appellation. Un tronçon du boulevard d'Orléans à Montmorency était connu anciennement sous le nom de rue Saint-Grégoire (auj. avenue Saint-Grégoire), qui rappelait le souvenir du curé Pierre-Grégoire Tremblay (1820-1885). Un tronçon du boulevard d'Orléans à Beauport portait le nom d'avenue Raymond, attribué en l'honneur du conseiller municipal Pierre-Édouard Raymond, à qui appartenaient les terrains adjacents.

Dans l'arrondissement de La Cité-Limoilou, le boulevard Sainte-Anne a déjà porté le nom de route Québec-Île d'Orléans, comme le montre une carte de 1941. Il est alors aussi connu officieusement sous les noms d'avenue du Pont-de-l'Île et de boulevard d'Orléans. En novembre 1943, on le dénomme boulevard Desroches en l'honneur de l'abbé Hildevert Desroches. En juillet 1953, le boulevard Desroches devient le boulevard Sainte-Anne.

Autrefois, le rang Saint-Anne était aussi désigné par le nom de chemin de front du 7e rang Gaudarville.

Le tronçon ouest de la rue Sainte-Anne est aussi connu, dans la première moitié du 19e siècle, sous le nom de rue de Prison parce qu'il mène effectivement à la prison de Québec alors située rue Saint-Stanislas, un lieu qui devient par la suite le Morrin College (voir Armand-Viau).