Vejen har navn efter lysthaven Søndermarken på den anden side af Valby Langgade.
Søndermarksvej blev anlagt i 1880’erne som en del af villakvarteret vest for Carlsbergbryggerierne.
Ved Søndermarksvej lå bondegården Lykkens Minde, der oprindeligt lå i Valby Landsby ved Tingstedet. Gården var ejet af proprietær I. C. Ostenfeld, der også havde gården Bjerrregård ved siden af.
En af de ældste villaer på vejen er Søndermarksvej 6, der er opført af Dr. Købke i 1883.