Ce toponyme a été adopté dans le cadre de l'harmonisation des noms de rues, rendue nécessaire par le regroupement municipal du 1er janvier 2002.

Thomas Duchaine (1849-1938) ouvre une manufacture de chaussures à Québec en 1876. L'établissement, situé dans le quartier de Saint-Roch, est connu sous le nom de Duchaine et Perkins à partir de 1892. Deux décennies ans plus tard, 200 ouvriers y travaillent. De 1891 à 1902, l'homme d'affaires représente son quartier au sein du conseil municipal de Québec. Même si Thomas Duchaine n'est pas lié directement à l'histoire de Saint-Émile, son domaine d'activité sera de première importance pour le développement de cette municipalité. Non seulement Saint-Émile accueillera un grand nombre d'ouvriers de la chaussure qui travaillent à Loretteville, la municipalité voisine, mais cette industrie en constituera le moteur économique à partir des années 1930. En 1975, on y compte 9 manufactures de chaussures employant quelque 550 personnes.

Ancien toponyme
La rue Thomas-Duchaine portait auparavant le nom de rue Talbot, attribué en l'honneur d'Hector Talbot, l'une des premières personnes à y résider dans les années 1930.