La place D'Youville s'étend de la place Royale à la rue McGill. Sa configuration allongée vient de ses origines : c'était un terrain gardé en réserve entre les fortifications et le domaine de l'Hôpital général des Soeurs Grises, entouré d'un mur. Au cours des deux décennies suivant le démantèlement des fortifications en 1804-1810, le terrain est peu aménagé: la rue des Enfants-Trouvés est ouverte et quelques ponts franchissent la Petite rivière Saint-Pierre qui se jette dans le fleuve à la pointe à Callière. Sur la partie est du terrain, les juges de paix font ériger un marché d'animaux vivants.

Suite à une demande des juges de paix, en 1827 l'assemblée législative établit une place du marché sur la partie ouest du terrain et accorde le gestion du marché à un conseil des syndics. Il lance un projet de grande envergure : un vaste bâtiment néoclassique en pierre de deux étages qui, en plus d'abriter le marché, servira à diverses fonctions publiques. La construction est commencée en 1832 selon les plans de John Wells et de John Thompson, et le bâtiment est inauguré au printemps 1834. La canalisation de la Petite rivière Saint-Pierre fait partie intégrante du projet, ce qui permet l'évacuation des déchets en sous-sol et contribue à garder les celliers au frais.

En 1842, la ville exproprie le marché et le prend en charge afin de mettre fin à des conflits concernant la réglementation des marchés. Mais un an plus tard Montréal est choisie comme capitale du Canada-Uni et le marché Sainte-Anne devient le siège du Parlement en 1844. On réaménage l'édifice avec des bureaux au rez-de-chaussée et des chambres d'assemblée à l'étage supérieur; une halle de marché en bois est construite au nord-est. Mais en 1849, lors de l'adoption de la loi pour l'indemnisation des pertes survenues lors des rébellions, des tories mécontents incendient le Parlement, qui quitte Montréal.

En 1851, un nouveau marché conçu par l'architecte George Brown est construit sur le site du parlement incendié. La halle en bois voisine est démolie en 1860; en 1871, la Ville fait construire un marché aux poissons en lieu et place (sur le site actuel du Centre d'histoire de Montréal). Pendant la deuxième moitié du XIXe siècle, l'établissement de magasins-entrepôts liés au commerce import-export tout autour du marché provoquent des tensions: les grands marchands se plaignent de l'encombrement des rues avoisinantes. En 1899, la Commission des marchés se rend à leurs requêtes et recommande l'abolition du marché Sainte-Anne; il sera démoli en 1901. Le 16 décembre 1901, on nomme la nouvelle place ainsi créée à la mémoire de Marguerite d'Youville, née Dufrost de Lajemmerais, fondatrice de la congrégation des Soeurs Grises responsables de l'Hôpital général voisin. La partie ouest de la place D'Youville, qui fait face au nouveau siège social du Grand Tronc, rue McGill, est alors aménagée en parc gazonné mais dès les années 1920 elle devient un terrain de stationnement. Le quartier général du service d'incendie de la ville est construit sur la place en 1903, dans l'alignement de la rue Saint-Pierre; depuis 1983, cet édifice abrite le Centre d'histoire de Montréal. La partie de la place à l'arrière du poste de pompiers servira aussi de stationnement jusqu'à la fin du XXe siècle.

Dès 1996, le groupe Cardinal Hardy / Claude Cormier, architectes paysagistes conçoit pour la Ville un nouvel aménagement de la place D'Youville pour remplacer le stationnement. Il s'agit d'un projet de la Ville de Montréal réalisé avec le support du ministère de la Culture et des Communications du Québec. Le nouvel espace public gazonné, de facture contemporaine, est doté d'un trottoir central qui évoque la Petite rivière Saint-Pierre canalisée, et d'un treillis de trottoirs de différents matériaux qui rappellent les multiples liens historiques entre les bâtiments qui ceinturent la place, comme entre la ville, les faubourgs et le fleuve. Le nouvel aménagement est complété en 1999, dans la partie la plus à l'est de la place. En 2007, on prépare l'aménagement de la partie ouest qui comprend les vestiges du marché Sainte-Anne.

Une portion de la partie réaménagée, située entre les rues du Port et de Callière, a été rebaptisée en 2001 place de la Grande-Paix, lors du tricentenaire du traité de la Grande Paix de Montréal, signée en 1701, par les Français, les Iroquois et de nombreuses autres autres nations amérindiennes provenant notamment de la région des Grands Lacs.

Détail à noter, en 2001 la Ville de Montréal a officialisé l'emploi de la majuscule au début de la particule des noms de personnes utilisés dans les toponymes. On écrit désormais « place D'Youville ».