Cette voie, qui semble déjà exister au milieu du 18e siècle, figure (sans nom) sur l'atlas de 1768 puis est mentionnée sur le plan cadastral de 1836 comme "chemin de Franc-Séjour aux Chemins neufs" parce qu'elle relie l'actuelle avenue des Etats-Unis (au bord de laquelle est implanté le domaine du Franc-Séjour) à l'avenue Béranger (anciens "Chemins neufs"). Au 20e siècle et jusqu'au début du 21e, cette rue porte le nom de rue de l'Abattoir, qu'elle desservait, avant d'être renommée rue Antonine-Planche (du nom d'une résistante thiernoise) il y a quelques années.