Le nom de cette avenue fait allusion aux petites chutes de la rivière Beauport qui en longe l'extrémité ouest. Ces cascades se succèdent pour former une dénivellation totale de quelque 24 mètres, à 1,5 kilomètre de l'embouchure de la rivière dans le fleuve Saint-Laurent. La gorge profondément encaissée où elles s'engouffrent correspond à un ancien bras de la rivière Montmorency qui aurait été creusé avant la dernière glaciation, soit il y a environ 10 000 ans. L'une des chutes fait près de 10 mètres de hauteur et était appelée au 19e siècle « chute du moulin à huile », en raison de la présence d'un moulin destiné à l'extraction de l'huile de lin.

Anciens toponymes
L'avenue des Cascades, l'une des plus anciennes voies de communication de l'arrondissement de Beauport, était connue au 17e siècle sous le nom de chemin de Séparation, devenu par la suite avenue du Moulin.

Le chemin de Séparation a été nommé ainsi le 12 août 1669 par l'arpenteur général Jean Guyon Dubuisson, mais son existence est antérieure à cette date. Le chemin correspond alors à la limite nord du bourg du Fargy, qu'il sépare des terres concédées au-delà, d'où son appellation.

L'avenue du Moulin doit son nom à la présence du moulin banal, situé à son extrémité ouest, en bordure de la rivière Beauport. Construit en 1792-1793, à la demande du seigneur Antoine Juchereau Duchesnay, le moulin est exploité jusqu'à l'abolition du régime seigneurial, en 1854, et sert par la suite à l'extraction de l'huile de lin. Trente ans plus tard, l'ancien moulin seigneurial fait partie des installations d'une manufacture d'allumettes, avant d'être loué à une fabrique de carton-cuir. En 1912, il passe à George H. Gore, laitier de Québec.