Le nom de cette avenue honore la mémoire de l'abbé Pierre-Grégoire Tremblay (1820-1885), curé de Beauport de 1858 à 1884. Le curé Tremblay est à l'origine de la création de la desserte de Saint-Grégoire-de-Montmorency. En 2002, la desserte fusionne avec trois paroisses pour former celle de La Bienheureuse-Marie-Catherine-de-Saint-Augustin.

La côte Saint-Grégoire tiendrait aussi son nom de l'abbé Pierre-Grégoire Tremblay.

Le parc Saint-Grégoire est situé au coin de l'avenue Saint-Grégoire et de la rue Monseigneur-Marc-Leclerc, près de l'église de Saint-Grégoire-de-Montmorency.

Anciens toponymes
L'avenue Saint-Grégoire portait autrefois le nom de rue Saint-Grégoire, adopté le 29 avril 1904. Le 4 novembre 1946, une section de cette rue devenait une avenue, tandis que l'autre constituait dorénavant une partie du boulevard d'Orléans (auj. boulevard Sainte-Anne).

La partie sud de la côte Saint-Grégoire était connue autrefois sous le nom de côte de Courville, adopté le 29 avril 1904, mais en usage avant cette date. La côte de Courville reliait la municipalité de Montmorency, aujourd'hui dans l'arrondissement de Beauport, au chemin de Beauport (auj. avenue Royale). La côte de Courville avait été nommée ainsi en l'honneur de Charles Cadieux dit Courville (vers 1624 ou 1628-1715), qui possédait des terres entre la rivière Montmorency et l'actuelle côte de Courville, dans la seigneurie de Beauport.