Sa longueur est de 1 775 mètres, et sa largeur de 30 mètres.
Elle doit son nom actuel au fait qu'elle conduisait, initialement, au village de Villiers-la-Garenne.
À l'origine, cette voie conduisait de Paris à l’ancien village de Villiers-la-Garenne qui a été absorbé par la commune de Levallois-Perret[1].
Les terrains des numéros pair de l'avenue de Villiers entre la place Pereire et la place du Brésil appartenaient aux frères Pereire qui les avaient acquis dans des opérations de spéculation immobilière et les revendirent vers 1880[2]
Le carrefour formé par l'avenue, la rue Jouffroy-d’Abbans et la rue Brémontier a été dénommé «place Monseigneur-Loutil» en 1965. Elle traverse la place du Général-Catroux.
Place Prosper Goubaux et avenue de Villiers, vers 1890.
L’avenue de Villiers, du temps des tramways de la CGO, ancêtre de la RATP (avant 1921).
No15: immeuble de cinq étages, construit en 1897 par l'architecte Félix le Nevé.
No16: c'est ici que le marchand d'art Paul Guillaume loue en 1915 un atelier pour le peintre Amedeo Modigliani, qu'il transforme en appartement-galerie en 1916.
No29: hôtel particulier construit en 1880 par l'architecte Jules Février, élève de Constant-Dufeux et architecte de l'hôtel Gaillard, place du Général Catroux. Sa façade présente un remarquable travail d'assemblage de briques rouges et noires dessinant un motif de losanges entre des harpes de pierres blanches. Construction en forme de castel qu'il emprunte à la Renaissance française et au style gothique. Occupé jusqu'en 2013 par le conservatoire municipal de musique Claude-Debussy (transféré dans une construction neuve au 222 rue de Courcelles), il abrite actuellement la Maison de l'Europe de Paris.
Nos42-44: hôtel particulier des banquiers Gustave et Albert Mirabaud, construit en 1880 par l'architecte Lucien Magne. Il s'agit de deux bâtiments de style néogothique, en brique, reliés par un portique de deux arches sous lequel sont installées des grilles en fer forgé. En 2021, des riverains déposent un recours pour empêcher la construction d’un immeuble de cinq étages, pour le compte du Cern, au fond de la cour des deux bâtiments[6].
No43: hôtel particulier (XIXesiècle) élevé par l'architecte Nicolas-Félix Escalier (1843-1920) sur l'emplacement d'une maison habitée par Jules Michelet en 1849[1]. Il fut construit en 1876 pour le peintre Roger Jourdain (1845-1918) qui le vendit dès 1878 à Guillaume Dubufe (1853-1909). Celui-ci l'aménagea en demeure familiale, lieu de réception et lieu de travail, puis créa en 1889 un nouvel atelier au troisième étage en remplacement de celui situé jusqu'alors au premier étage. Ses héritiers revendirent l'hôtel en 1921 à une nièce par alliance de Jean-Jacques Henner. La demeure devient alors le musée Jean-Jacques Henner et est ouverte au public en 1924[7].
No70: Félix Lagrange[11], pseudonyme de Félix-Hyacinthe Leroy (1827-1901), artiste dramatique du Vaudeville, du Gymnase et du théâtre impérial de Saint-Pétersbourg y est mort le .
No71: demeure de René Quinton (1866-1925), élève du lycée Chaptal, biologiste, physiologiste français, qui mit au point le traitement de thérapie marine (1904) avec le Plasma Quinton qui sauva des milliers d'enfants. Il fut président de la Ligue nationale aérienne qu'il créa en 1907, permettant le développement de l'aviation française.
No72: Anatole de La Forge (1820-1892), journaliste et homme politique, député et préfet y est mort le .
No74: Léontine-Victorine Beaugrand (1842-1925), danseuse de l'Opéra de Paris, y est morte le .
No81: Eugène Touron (1857-1924), industriel et homme politique, sénateur de l'Aisne, y est mort le .
No99: Jacques Saint-Cère (1855-1898), journaliste politique, essayiste et traducteur y est mort le .
No104: cette façade haussmannienne dissimule les anciens ateliers d'Henri Billouin, ingénieur-constructeur, qui de 1905 à 1913 manufactura des vélos, motos et automobiles commercialisés sous la marque Albatros. Cette firme est connue pour son palmarès sportif en deux roues.
No107: Bernard Montaut (1823-1899), polytechnicien et ingénieur des Ponts et chaussées, député de la Seine et Marne y est mort le .
No115: Paul Mahalin[14] (1828-1899), pseudonyme d’Émile Blondet, écrivain et auteur dramatique y est mort le .
No127: maison des franciscaines réparatrices de Jésus-Hostie.
Nos126-128-130: ensemble d'hôtels particuliers construits vers 1880-1890 par l'architecte Julien Morize en brique et en pierre dans le style de la Belle Époque[15] et que caractérise une façade de style néo-Louis XIII. Le no126 porte la date 1891.
No134: hôtel particulier Régnard de Chérif, construit par l'architecte Stephen Sauvestre en 1882-1883. Construit en briques rouge, la forme de son pignon à redans en fait un bâtiment d'inspiration néo-flamande. Il est décoré de carreaux de céramique. Jean-Francis Laglenne (1899-1962), artiste peintre et décorateur de théâtre, y vécut[16].
(en) Franz Liszt, The Letters of Franz Liszt to Olga Von Meyendorff, 1871-1886, in the Mildred Bliss Collection at Dumbarton Oaks, Dumbarton Oaks, , 532p. (ISBN978-0-88402-078-3, présentation en ligne).
(en) Russell T. Clement, Four French, Symbolist A. Soucebook on Pierre Puvis de Chavannes, Gustave Moreau, Odilon Redon, and Maurice Denis, Greenwood Publisling Group, 1996, 583p., p.49.