Vejen har sit navn efter adelsslægten Moltke, og flere af dens medlemmer boede på Frederiksberg.
Moltkesvej blev anlagt som villavej kort efter 1900, men den vestlige del blev først bebygget omkring 1950, da Mohrs gartneri, blev nedlagt.
Arkitekten Kaj Gottlob har tegnet villaen på Moltkesvej 16 omkring 1914.
På gartneriets grund blev der opført en række boligblokke med lejligheder i tre etager. Bebyggelsen fik navnet Moltkes Have.