Attestée dès le XVIIe siècle, cette voie de la commune de Vaugirard, était à l'origine le haut de la « ruelle Volontaire ». Ce nom venant du fait que c'est une initiative de riverains « volontaires » qui fit de cette impasse une ruelle traversante.
Cette rue était encore, en 1804, une impasse qui partait du chemin des Fourneaux, actuelle rue Falguière, en direction de la rue de Vaugirard mais sans l'atteindre[1]. Un passage fut percé par les riverains pour rallier la rue de Vaugirard dans la première moitié du XIXe siècle[2].
Elle est séparée de la nouvelle rue des Volontaires en 1890 sous le nom de « rue Vigée-Lebrun ».
La création de la rue en tant que telle est artificielle : elle est la séparation du tronçon haut de l'alors nouvelle rue des Volontaires, entre la rue Dutot et la rue Falguière. Une incongruité de ce découpage demeure encore aujourd'hui : le no 54 de la rue des Volontaires se trouve au nord de la rue Dutot, mitoyen du no 2 de la rue Vigée-Lebrun. Si l'alignement des façades plaide pour une appartenance de cet immeuble au bas de la rue, le fait que le changement de voie se fasse au-delà du carrefour est peu commun. Il n'y a pas d'incohérence côté impair.