До основания города река называлась Мья, от ижорского Муя, «грязная». На протяжении 1719—1797 годов название Мья было официальным именем реки, хотя сменивший его гидроним Мойка, возникший в результате локализации труднопроизносимого «Мья», известен уже с 1726 года.
Река представляла собой самостоятельный рукав нынешней Фонтанки ещё при шведах и в первые годы после основания Петербурга. Заболачивание её истоков произошло в результате перекрытия Фонтанки плотиной, осуществлённого в 1705 году по приказу Петра I при разбивке Летнего сада («перебить тое речку»), и было усугублено наводнением 1708 года. К началу работ по восстановлению природного режима Мойки, развернувшихся с 1711 года, уже создавалось впечатление, что река проистекает откуда-то из болот, окруживших Летний сад с запада и с юга. В дополнение к сносу плотины через Фонтанку и восстановлению истока Мойки из той же реки, в 1711—1719 годах Мойка получила два новых искусственных отвода от Невы: Лебяжью канавку между Летним садом и Марсовым полем и Красный канал — вдоль западной границы Марсова поля.
В первые годы строительства Петербурга Мойка служила условной границей города, хотя одновременно с этим активизировалось и заселение южного берега Фонтанки. При прокладке «Большой першпективной дороги» (ныне Невский проспект), соединившей по кратчайшей линии Адмиралтейство с Новгородской дорогой и лаврой, в месте пересечения этой магистрали с Мойкой в 1717—1718 или в 1720 году был построен деревянный подъёмный Зелёный мост. Рядом с ним для сбора податей при пересечении границы города был выстроен Мытный двор. Городская граница проходила в этом месте до 1726 года. Здесь же находился и Гостиный двор у Зелёного моста.
В 1720 году были созданы первые деревянные набережные Мойки, в 1736—1737 годах углублено дно реки. Тогда и началась активная застройка набережных Мойки каменными зданиями, сформировавшими прекрасные архитектурные ансамбли. Их возведение сочеталось с работами по углублению русла реки и укреплению ее берегов и набережных гранитом. На Мойке постепенно вырастали особняки столичной знати и дворцы представителей императорского дома.
В 1798—1811 годах сооружены гранитные набережные от Фонтанки до современного Английского проспекта (левый берег) и Крюкова канала (правый берег).
В 1960 году построены гранитные банкеты у Михайловского сада, в 1975 году — набережная от проспекта Маклина (ныне Английский проспект) до реки Пряжки.
