Vejen er opkaldt efter Ernst Emil Rosenørn (1810-1894), som var medlem af Frederiksbergs sogneforstanderskab og dermed med til at forme kommunens udvikling i midten af 1800-tallet.
Rosenørn var desuden direktør for Landbohøjskolen.
Vejen blev først anlagt i midten af 1920’erne. Før da lå et lille stykke af vejen dog mellem H. C. Ørsteds Vej og Bülowsvej med navnet Vinkelvej.
En lille stump blind vej hed dog allerede fra omkring 1905 Rosenørns Allé.
Først i slutningen af 1920’erne blev den inderste del ført igennem fra H. C. Ørstedsvej til Gyldenløvesgade. Her lå tidligere jernbanesporene der førte fra Københavns Hovedbanegård mod nord og vest. Da banegården blev flyttet i 1911, kunne sporterrænet frigives til anlæg af Rosenørns Allé.
Den østlige del af Rosenørns Allé er præget af institutionsbyggeri. Her ligger f.eks. Niels Brocks Handelsskole på hjørnet af Julius Thomsens Plads.
På Rosenørns Allé 12-14 ligger Arbejdernes foreningsbygning, der er opført i 1925 (billedet herover). Den har dels været samlingsted for arbejderbevægelsen, dels huset en række dens organisationer, f.eks. LO.
Et markant byggeri er Radiohuset, der blev opført for Statsradiofonien (som Danmark Radio hed dengang) i årene fra 1937 og frem med Wilhelm Lauritzen (1894-1984) som arkitekt. Tidligere sendte radioen blandt andet fra et studie i Stærekassen ved Det Kongelige Teater og i Jorcks Passage.
Det store bygningskompleks (billedet herover) er i tidens funktionalistiske stil og består af tre blokke til radioens administration, en fløj med radiostudier og en stor koncertsal mod Julius Thomsens Gade.
I 1960’erne flyttede TV-delen af Danmarks Radio efterhånden til TV-byen i Gladsaxe, hvorfra der også sendtes radio. Radiohuset på Rosenørns Allé blev dog stadig brugt indtil 2007, hvor DR samlede hele sin virksomhed DR-byen i Ørestad Nord. Radiohuset bruges i dag af Det Kongelige Danske Musikkonservatorium.
Overfor Radiohuset ligger udstillingshallen Forum. Den blev opført i 1926 for Automobil- og Cycklegrossistforeningen, der havde haft automobiludstillinger i Tivoli, men brug for mere plads.
Udover udstillinger blev hallen brugt til andre store arrangementer, f.eks. seks-dagsløb i cykling.
Den store hal var tegnet af arkitekten Oscar Gundlach-Petersen (1886-1960).
Under 2. Verdenskrig blev hallen brugt af den tyske besættelsesmagt og der fik den danske modstandsbevægelse til at sprænge den i luften. Efter krigen blev hallen genopført.
Den vestlige del af Rosenørns Allé er primært bebygget med etagejendomme. På hjørnet af Bülowsvej ligger et beboelseshus opført i 1906 med Axel Preisler (1871-1930) og Povl Baumann (1878-1963) som arkitekter. Huset har på facaden fine udsmykninger, der alene er udført med murstenene.