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.

Le nom de cette rue évoque l'ancien moulin des Mères construit en 1695 par le maçon Jean Le Rouge pour les religieuses de l'Hôtel-Dieu de Québec dans leur seigneurie de Saint-Ignace. Ce « moulin à eau faisant farine » est d'abord érigé dans l'un des méandres de la rivière du Berger, qui s'appelle alors rivière des Mères. Il est rebâti en 1737 sur un lot voisin, un peu plus à l'ouest. En 1855, les religieuses vendent leur moulin avec ses hangars et dépendances à un meunier de Charlesbourg. Le moulin des Mères est ravagé par le feu dans les années 1930. Certaines personnes âgées de Neufchâtel se souviennent du secteur du moulin comme du quartier du « Moulin-des-Mères ».

Ancien toponyme
La rue du Moulin-des-Mères portait auparavant le nom de rue du Moulin, adopté le 2 août 1960.