La création de l'avenue remonte à l'annexion par Paris d'un territoire de Charenton-le-Pont, le , permettant le rattachement du bois de Vincennes à la capitale (le bois est auparavant séparé du reste de la ville par les communes de Charenton-le-Pont et de Saint-Mandé). L'avenue est aménagée à l'emplacement de l'ancienne enceinte de Thiers, entre les bastions nos 3 et 4 ; y est ajoutée l'extrémité de la rue de Paris détachée de Charenton-le-Pont[1].
L'avenue est nommée le , numérotée le et classée le .
Bâtiments remarquables et lieux de mémoire
En partant du boulevard Poniatowski, le côté droit de l'avenue est presque entièrement bordé par le cimetière Valmy. Le côté gauche est initialement constitué par une petite placette sans construction, par l'extrémité du centre sportif Léo-Lagrange, puis par celle du bois de Vincennes. À gauche, l'avenue est rejointe par la rue Ferdinand-de-Béhagle, la route des Fortifications et l'avenue de Gravelle ; à droite, la seule voie qui la rejoint est la voie AI/12, une petite allée piétonne en partie située sur Charenton-le-Pont. Juste avant cette commune, l'avenue passe également au-dessus des voies du périphérique.
L'avenue de la Porte-de-Charenton ne comporte aucune habitation. L'Amicale des pêcheurs du bois de Vincennes y possède cependant une petite construction au no 19, juste avant le franchissement du périphérique.
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