Vejen har navn efter Carlsberg-bryggeriets ældste del, der lå her.
I slutningen af 1800-tallet blev bryggeriet delt i to: Gamle Carlsberg, som var den ældste del drevet af brygger J. C. Jacobsen, og Ny Carlsberg som var etableret af han søn, Carl Jacobsen.
Oprindeligt hed vejen blot Carlsbergvej. Først i 1935 fik den sit nuværende navn. Den nordligste del af vejen er nu omdøbt til J. C. Jacobsens Gade.
Ved Gamle Carlsberg Vej ligger bryggeriet ældste bygninger fra 1847.
På Gamle Carlsberg Vej 16 blev i 1925 etableret den skandinaviske brygmesterskole. I dag rummer villaen endvidere Den Danske Brygmesterforening.
I 1875 oprettede brygger J. C. Jacobsen et laboratorium, som skulle forske i øllets kemi. Institutionen fik sin egen bygning ved Gamle Carlsbergs Vej. Den blev tegnet af arkitekten Carl Florian Thomsen (1855-1926) i italiensk renæssancestil.
Ved siden af laboratoriet ligger direktørboligen (billedet herunder).
Foran Carlsberg Laboratorium står et monument (herunder) for professor Emil Chr. Hansen (1842-1909), der i mange år var en af de drivende kræfter i Carlsberg-bryggeriernes indsats for at forædle ølbrygningen. Monumentet er udført af billedhuggeren Stephan Sinding.
