Ce parc doit son nom à l'explorateur français Jacques Cartier (voir aussi Anse-à-Cartier) ainsi qu'au père jésuite Jean de Brébeuf. Il commémore l'hivernage de Cartier en 1535-1536 et l'établissement des Jésuites sur ce site en 1625. Lors de son deuxième voyage, Cartier remonte le Saint-Laurent avec ses trois navires. Surpris par les rigueurs de l'hiver, il est obligé de passer la saison froide sur les berges de la rivière Saint-Charles, là où se trouve maintenant le parc Cartier-Brébeuf. Près d'un siècle plus tard, les pères jésuites, dont Jean de Brébeuf, s'installent sur une terre qu'ils nomment seigneurie de Notre-Dame-Des-Anges et qui est située au nord de la rivière Saint-Charles. Le parc Cartier-Brébeuf compte parmi les lieux historiques nationaux canadiens.