Возник в начале XX века, был частью улицы 4-я Просека. В 1958—1973 годах имел название Новобеличанская улица. Современное название — в честь А. В. Палладина с 1973 года. В 1970-е проспект основательно реконструирован, он был проложен сквозь старую застройку, сооружён путепровод над железной дорогой Киев — Коростень. В 1977 году к проспекту присоединили также реконструированную часть Большой Окружной дороги, не имевшую названия (от железной дороги до улицы Стеценко). В постановлении о присоединении ошибочно назван частью Гостомельского шоссе.
Под частью проспекта проходит линия метро. На проспекте расположены станция метро «Академгородок» и остановочный пункт Новобеличи.
