Avant d'être une avenue plantée et large de trente mètres, ce fut un simple chemin de terre battue qui s'en allait vers la Seine et au-delà : la route de Choisy, anciennement appelée chemin de Vitry, deux noms qui disent tout de sa vocation première — relier Paris aux bourgs du val de Bièvre et de la Marne. Le nom d'avenue de Choisy lui vient tout naturellement de la destination qu'elle indique : Choisy-le-Roi, au sud. Elle figure déjà sur les plans anciens comme un axe structurant de la plaine d'Ivry avant même l'annexion des communes de la banlieue immédiate à Paris en 1860.
Le sous-sol parle avant tout le reste. En 1880, au n° 180, des ouvriers exhument une trousse de médecin gallo-romain — rappel saisissant que la voie suit un couloir de circulation bien plus ancien que les pavés du XIXe siècle. Sous les numéros 135 et 147, des puits de carrier datant de 1806 et toujours en eau témoignent d'une exploitation intense des calcaires lutétiens qui ont bâti Paris.
C'est au 190 avenue de Choisy, dans la grande salle de l'Alcazar d'Italie, que bat le cœur politique de la rue. Pendant la guerre de 1870, la Garde nationale y réunit 157 délégués pour rédiger un communiqué appelant à la « résistance à outrance » ; les réunions publiques y traverseront sans interruption le Second Empire et la Commune. Puis, dans les premières années du XXe siècle, la salle devient un carrefour de l'émigration révolutionnaire russe. En 1902, Lénine — qui vit alors à Londres — y donne une conférence et rencontre pour la première fois Charles Rappoport ; la même année, Léon Trotsky, mandaté par l'Iskra, y parle de matérialisme historique devant une salle d'exilés. Les années suivantes voient se succéder conférences de Lénine sur le programme agraire, réunions houleuses du groupe La Russie Révolutionnaire où un certain Youdelewsky, surveillé par la police, appelle à l'action violente, et jusqu'en 1911 une célébration du 1er mai russe rassemblant quelque 300 émigrés — cent de moins, selon la préfecture.
La rue porte aussi d'autres mémoires, moins connues. Au n° 27, une roulotte de la Zone abrite dans l'entre-deux-guerres la première paroisse du secteur, avant qu'Hippolyte Panhard ne finance la construction d'une église — manière, dit-on, d'acheter la paix du voisinage. Le même numéro deviendra après la Libération un bastion de la Mission de France et des prêtres-ouvriers, puis, en 1958, le siège du Comité de résistance spirituelle à la guerre d'Algérie. Quant au n° 30, il cache en 1943 le domicile et la planque d'un réseau FTP-M.O.I. dont plusieurs membres seront fusillés au Mont-Valérien avec Manouchian.