Vejen har sit navn efter Nybro, hvor vejen passerer over kanalen, der forbinder Bagsværd Sø og Lyngby Sø. Navnet kendes fra 1745.
Selve vejen er formentlig anlagt i 1600-tallet, som en forbindelsesvej til slottet Frederiksdal.
Langs vejen ligger en række landsteder og landvillaer, bl.a. Sophienholm, Marienborg. Christianelyst, Søro og Tusculum.
Ved Nybrovej ligger Nybrogård, hvor der i begyndelsen af 1900-tallet blev lavet eksperimenter med trådløs telegrafi, som var forløberen for radioudsendelser. Forsøgene førte i 1907 til oprettelse af den statslige station, Lyngby Radio, der – navnet til trods – ligger i Bagsværd.
Nybrogårdkollegiet er opført i 1970.