Улица возникла в середине XVIII века, точнее — первое упоминание о ней датируется 1740 годом. В то время это была дорога между слободами лейб-гвардейских полков — Преображенского и Семеновского. 

Изначально улицу назвали в честь Знаменской церкви, которая была возведена по приказу Елизаветы Петровны в 1759 году. Однако, в 1923 году было принято решение о переименовании улицы в память о восстании 1917 года. 

Во второй половине XIX – начале XX веков улица активно застраивалась доходными домами, а также общественными зданиями и особняками. Часть из них, со временем, была уничтожена, часть — перестроена. 

Помимо доходных домов, в 1941 году утрачена была и Знаменская церковь, которую планировали переделать для наземного вестибюля станции метрополитена «Площадь Восстания». Однако, из-за Великой Отечественной войны, строительство было отложено, и станция открылась только в 1955 году. Над проектом станции работали архитекторы Б. Н. Журавлев, И. И. Фомин и В. В. Ганкевич. 

В 2007 году на стене вестибюля была установлена мемориальная табличка в память о Знаменской церкви.