Як шлях від Подолу вздовж Дніпра існував, імовірно, вже у Х—ХІІ століттях і являв собою під'їзну дорогу до переправи через Дніпро на Наводничах—Видубичах.

Сучасну назву зафіксовано у 1850 році у зв'язку з реконструкцією (фактично новим прокладанням) шляху від Подолу до Миколаївського ланцюгового мосту через Дніпро. На Набережному шосе були зведені Подільські ворота (казематний верк), які проіснували до 50-х років XX століття. Наприкінці XIX століття шосе було забудоване дрібними промисловими, торговельними та складськими будівлями. Тут пролягала залізнична лінія, що з'єднувала Поділ з Дарницею.

1912 року вздовж шосе проклали трамвайну колію, яка до 1920 року через Ланцюговий міст пролягала до Броварів. З 1925 до 1941 року на старих опорах новий міст було споруджено під керівництвом Є. Патона. У 1951 році по шосе знову пустили трамвай, цього разу на всій протяжності. Трамвайний рух було остаточно закрито у лютому 2011 року^[1] у зв'язку з будівництвом автодорожньої естакади біля станції метро «Дніпро».

У 1897–1899 році, у зв'язку з будівництвом гавані, деякі ділянки Набережного шосе були впорядковані. У 1935–1938 роках частину шосе одягли у граніт, тоді ж, за проектом архітектора Василя Осьмака, встановили чавунну огорожу, проклали широкі сходи до води. На початку 1950-х років шосе заасфальтували. У 1980-тіроки було проведено чергову реконструкцію шосе, після чого воно набуло сучасного вигляду.