Nommée d'après l'église Notre-Dame-d'Auteuil, du nom de l'ancien village d'Auteuil.
La station a ouvert en 1913 sous le nom de Wilhem, d'après une rue portant le nom d'un compositeur parisien. Après la Première Guerre mondiale, ce nom rappelait trop l'empereur allemand Guillaume II ; il fut changé en 1921. Les trains ne s'y arrêtent que dans un sens, et c'est souvent la station la moins fréquentée du réseau.