Noms antérieurs:
- « Grande-Rue » (jusque vers 1649),
- « rue Notre-Dame » (depuis environ 1650 jusqu’au 20 septembre 2004, date de l'harmonisation des odonymes de la nouvelle ville de Trois-Rivières).
De Sainte-Marthe à Pointe-du-Lac en passant par Cap-de-la-Madeleine, Trois-Rivières et Trois-Rivières-Ouest, la rue Notre-Dame (Est, Centre et Ouest) correspond au tracé de l'ancien chemin du Roy. Avant le grand incendie du 22 juin 1908, la rue Notre-Dame Centre était la principale rue commerçante de Trois-Rivières, plus importante que la rue des Forges.
Le tronçon de la rue Notre-Dame Centre depuis la rue Bonaventure jusqu’à la rue Laviolette était, avant le grand incendie de 1908, un prolongement de la « rue Saint-Pierre » et portait ce nom.
Le tronçon de la rue Notre-Dame Centre depuis la rue du Père-Daniel jusqu’à la rue Saint-Laurent (actuelle rue de la Papeterie) a été fermé pour permettre la construction de la papeterie de la Three Rivers Pulp and Paper Company, inaugurée en 1923 (Saint-Lawrence Paper Mill Company Limited en 1928, Domtar Company Limited en 1961, Kruger inc. depuis 1973).
La rue des Ursulines portait le nom de « rue Notre-Dame » avant 1947; elle a été renommée à l’occasion du 250e anniversaire de l’établissement de cette communauté religieuse à Trois-Rivières.