Вулицю було прокладено під сучасною назвою в період між 1838 та 1849 роками[1]. Назва, за однією з версій, походить від прізвища київського купця Дмитрієва, який проживав у цьому районі. З 1939 року мала назву вулиця Менжинського[2], на честь радянського державного і партійного діяча В'ячеслава Менжинського (назву підтверджено 1944 року[3]). Історичну назву вулиці відновлено 1993[4] року.
Вулиця почала забудовуватися в другій половині XIX століття, переважно одно- та двоповерховими «зразковими» будинками. Більшу частину старої забудови було знесено в 1980-х роках. Залишилися старі будинки № 19-А та 19-Б (1901–1902 роки, архітектор Андрій-Фердінанд Краусс[джерело?], стиль «історизм»), 21, 23, 23-Б, 25, 33 (прибутковий будинок), 35-А (кінець XIX — початок XX століття, еклектичний стиль), 37 (1910-ті роки), 39 (колишня ковбасна фабрика Карла Бульйона, архітектор Олександр Кривошеєв), 52 (1903 рік, «ренесанс)», 54, 58, 62/20 (1912—1913), 64 (початок XX століття), 78, 102, 102-А і 104.
У 1990-х — 2000-х роках вулиця була забудована багатоповерховими житловими будинками.
Впродовж 20-31 травня 2016 року було зруйновано будинок № 60/19[5].
Дерев'яний будинок № 23-А (1830-ті рр., колишні крамарніЄвбазу), один із найстаріших на вулиці, двічі зазнавав пожеж: восени 2021 і 28 серпня 2023 року. На його місці забудовник планує звести житловий комплекс («клубний будинок»)[6].