Ved Strandvejen lå i 1500-tallet en vandmølle, der udnyttede vandkraften i Rosbækken, der har giver navn til Rosbæksvej.
Møllen blev et kongeligt jagthus og fra begyndelsen af 1600-tallet til et hospital, der fik navnet Vartov.
Det lå her dog ikke så længe, for allerede i løbet af 1600-tallet flyttede det tættere på København. Læs mere på siden om Vartov Hospital.
Ved Vartov lå Vartov KIlde, som sagde havde vand med helbredende kraft. Mange søgte hertil, og der opstod forskellige forlystelser omkring kilden, ligesom ved Kirsten Piils KIlde på Dyrehavsbakken.
I nyere tid blev Gammel Vartov Vej anlagt som en del af villakvarteret i Ryvangen. Vejen blev navngivet i 1904.
På vejen ligger flere, lidt nyere villaer, der i deres stil afviger fra det sædvanlige i ryvangskvarteret.
Gammel Vartov Vej 1 (ved hjørnet af Ryvangs Allé) er bygget til direktør V. C. Ebert i 1918 med Mogens Clemmensen (1885-1943) som arkitekt.
Gammel Vartov Vej 2 er opført i 1915 og tegnet af arkitekterne Einar Ambt (1877-1928) og Axel Preisler (1871-1930).
Cornelius Seydner tegnede villaen på Gammel Vartov Vej 14 omkring 1927 for fabrikant N. A. Fischer.
På hjørnet af Gammel Vartov Vej og Svanemøllevej (Gammel Vartov Vej 16) ligger en villa (herover) opført i 1916 for grosserer Aage Lunn. Den blev tegnet af Povl Baumann.
Gammel Vartov Vej 18 er et større kompleks tegnet af arkitekterne Niels Rosenkjær (1886-1928) og Terkel Hjejle (1884-1927). Bygherren var grosserer Christian Holm og huset er specielt ved, at hovedindgangen ligger inde i den lukkede gård. I dag er Mexicos ambassade i huset.
Godfred Tvede (1862-1947) tegnede villaen på Gammel Vartov Vej 20 i 1928 for V. Meisen.
På Gammel Vartov Vej 22 er arkitekten Aage Rafns (1890-1953) villa, der blev opført omkring 1921 til docent ved Kunstakademiet J. Brøndum Nielsen.
På grunden kan man fornemme resterne af de fiskedamme, som lå her på Frederik den 3.’s tid.