Dronning Caroline Amalie (1796-1881) var hustru til kong Christian den 8. og parret boede ofte på Sorgenfri Slot.
Dronningen boede også som enke på slottet, og kom gerne i Lyngby Kirke. Hun var med til at grundlægge Lyngby Asyl.
Vejen blev anlagt kort efter år 1900.
Ved Caroline Amalievej ligger en lang række villaer, der er opført i første halvdel af 1900-tallet.
En af de første villaer på vejen var Caroline Amalievej 25, der blev opført i 1901. Villaen er tegnet af arkitekten E. Blytmann.
Arkitekten Povl Baumann (1868-1963) har tegnet flere villaer på vejen. Det gælder f.eks. Caroline Amalievej 42 (herunder).
Villa Borrebakken (herunder) blev opført i 1916 af arkitekterne Einar Ambt og Aksel Preisler. I 1930 blev villaen indrettet som rekonvalescenthjem og blev i 1963 overtaget af Lyngby-Taarbæk Kommune.
