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. Zéphirin Chartré, maître ferblantier de Québec, est l'un des trois associés de la Howison, Pye and Chartré, qui implante une importante manufacture de poteries à Cap-Rouge en 1860. Fondée à l'initiative de Henry Howison (vers 1833-?), l'entreprise s'installe sur un grand terrain bordé par la rivière du Cap Rouge. Dès 1863, cependant, Chartré tout comme Howison doivent céder leurs parts à leur partenaire. La manufacture poursuit ses activités pendant quelques décennies puis est démolie en 1892.

Ancien toponyme
La rue Zéphirin-Chartré portait auparavant le nom de rue du Ruisseau, adopté vers 1972. Il rappelait l'existence d'un cours d'eau aujourd'hui disparu, le ruisseau de la Scie, La Scie, ou à la Scie, qui se jetait dans la rivière du Cap Rouge.