ถนนนครไชยศรีเดิมมีชื่อว่า ถนนราชวัตร เป็นถนนที่พระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้สร้างขึ้นเป็นถนนในโครงการถนนอำเภอดุสิต ซึ่งทรงริเริ่มขื้นพร้อม ๆ กับการสร้างพระราชวังดุสิต ในปี พ.ศ. 2441 เพราะที่ตั้งพระราชวังดุสิตกีดกั้นทางเดินของประชาชนที่อาศัยอยู่บริเวณนั้น พระองค์จึงโปรดเกล้าฯ ให้ตัดถนนราชวัตรขึ้นเป็นถนนรอบบริเวณพระราชวังสวนดุสิต เพื่อให้ประชาชนเดินทางได้สะดวกและเพื่ออำนวยความสะดวกในการเดินทางระหว่างชานเมืองทางด้านเหนือกับภายในกรุงเทพฯ ระหว่างบริเวณนั้นกับสถานีรถไฟสามเสน และระหว่างบริเวณนั้นไปยังแม่น้ำเจ้าพระยา

ต่อมาในวันที่ 16 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2462 พระบาทสมเด็จพระมงกุฎเกล้าเจ้าอยู่หัวทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้เปลื่ยนชื่อถนนราชวัตรตลอดแนวเส้นทางเป็น ถนนนครไชยศรี