Ce toponyme a été adopté dans le cadre de l'harmonisation des noms de rues, rendue nécessaire par le regroupement municipal du 1er janvier 2002. Il perpétue le souvenir d'Arthur Gagné, conseiller municipal de Québec-Ouest de 1930 à 1932. Cette ville constituée en 1916 à même le territoire de La Petite-Rivière a adopté le nom de Ville de Vanier en 1966.

Anciens toponymes
On a donné le nom de rue Arthur-Gagné à une partie de la rue Gagné, nommée ainsi le 7 février 1946, en l'honneur de l'ancien conseiller municipal Arthur Gagné; l'autre partie de la rue Gagné a reçu le nom de rue Émile-Fontaine. Depuis le début des années 1940, vraisemblablement, la rue Gagné était connue sous le nom de 2e Rue.