À l'origine, les Champs-Élysées ne sont que des champs. En 1616, Marie de Médicis décide d'y faire aménager une longue allée bordée d'arbres. En 1667, Le Nôtre prolonge cette perspective des Tuileries. Au XVII^e siècle, les Champs-Élysées (nom apparu en 1709) n'étaient qu'une longue promenade arborée au cœur d'une zone non urbanisée, depuis que Le Nôtre, le paysagiste du château de Versailles, fait planter en 1640^{[réf. nécessaire]} un alignement d'arbres dans la continuité du Louvre et des Tuileries.
Son tracé actuel (jusqu'à ce que l'on appelait alors l'étoile de Chaillot) est achevé en 1724, et prolongeait la perspective du jardin des Tuileries. Un demi-siècle plus tard, elle est prolongée à l'ouest jusqu'à la Seine par les actuelles avenues de la Grande Armée à Paris et Charles-de-Gaulle à Neuilly-sur-Seine, mais peu de temps après, le mur des Fermiers Généraux la limite de nouveau à l'Étoile. À partir de 1828, l'avenue est aménagée par la ville de Paris qui construit les premiers trottoirs.

En 1838 les Champs-Élysées sont aménagés par l'architecte Jacques Hittorff (y compris le dessin des réverbères toujours en place) (les jardins sont aménagés, par la suite, par Jean-Charles Alphand sous Napoléon III)

Les Champs-Élysées ont bénéficié d'un réaménagement coûteux (250 millions de francs) mais nécessaire en 1994, avec l'intervention de Bernard Huet (urbaniste), Jean-Michel Wilmotte et Norman Foster (designers de mobilier urbain). Cela s'est traduit, entre autres, par la suppression des contre-allées.

L'avenue a inspiré la création de la Benjamin Franklin Parkway à PhiladelphiePennsylvanie) en 1917 et Paseo de la Reforma à Mexico (Mexique) en 1860.