Початкова частина проспекту виникла в другій половині XIX століття як відрізок Великої Васильківської вулиці (до теперішньої Голосіївської площі), з 1944 року[1] — Васильківської вулиці.
Протягом першої половини 1950-х років від мосту Патона в напрямку виїзду з міста на Одесу був побудований шлях під назвою Автострада Київ — Одеса, частина якого від Червоноармійської вулиці до Виставки передового досвіду народного господарства (нині — Національний експоцентр України) з 1957 року[2] отримала назву проспект 40-річчя Жовтня, на честь Жовтневого перевороту.
Будівництво житлових будинків вздовж Голосіївського проспекту почалося у 1958 р.[8] У забудові переважають «хрущовки» різної поверховості та новіша точкова забудова. На початку проспекту, поблизу Деміївської площі збереглося кілька будівель початку XX століття.
Пам'ятки архітектури, історично цінні будівлі
№ 6 — брама Деміївського снарядного заводу (кін. XIX ст.);
Пам'ятник Максимові Рильському. Встановлений 2003 року біля входу до парку імені Максима Рильського. Виконаний з бронзи та граніту скульптором Петром Остапенком та архітектором Олегом Стукаловим.
↑Архівована копія. Архів оригіналу за 6 жовтня 2014. Процитовано 12 грудня 2010.{{cite web}}: Обслуговування CS1: Сторінки з текстом «archived copy» як значення параметру title (посилання)
Вел. Васильківська [вулиця] (Сталінка) // Довідник для сортування кореспонденції, адресованої до м. Києва та його околиць: Звіринець, Караваївська дача, Куренівка, Нивки, Олександрівська Слобідка, Воскресенська Слобідка, Микільська Слобідка, Передмісна Слобідка, Пріорка, Святошин, Сирець, Чоколівка та Труханів острів. — [К.] : Видання Київського відділу зв'язку, 1932. — С. 15.
Сорокаріччя Жовтня просп. // Вулиці Києва. Довідник / упоряд. О. І. Марчук та ін. — К. : Державне видавництво технічної літератури, 1958. — С. 282.
Сорокаріччя Жовтня просп. // Вулиці Києва. Довідник / упоряд. А. М. Сигалов та ін. — К. : Реклама, 1975. — С. 155.