В период с 1922 года по 1992 эта улица носила имя Карла Маркса. Старая Басманная улица берет свое начало и проходит от площади Земляной Вал и заканчивается на площади Разгуляй.

Название улицы произошло от исторически селившихся здесь пекарей-басманников, выпекавших хлеба-басманы, которые поставлялись во дворец и раздавались государственным служащим как хлебное довольствие. Эти хлеба отличали строго установленный вес и нанесенные на них рельефные клейма, похожие на теснённые изображения на пряниках. Так здесь возникла Басманная слобода (от татарского слова «Басма», что означает рельефный оттиск на металле или на коже).

С XVII века это дорога, ведущая из Кремля в село Рубцово (переименованное в 1627 году в Покровское), и через него – в село Преображенское, которое часто посещал царь Алексей Михайлович. Поэтому, другое название улицы - Царская дорога. Именно здесь строились дворцы московской знати: сподвижников Петра I: А. А. Матвеева, П. И. Ягужинского, генерал-майора Н. И. Салтыкова, А. И. Румянцева, Н. А. Головина, А. И. Шувалова, князей Долгоруковых, И. А. Вяземского, и других.

Во второй половине XVIII-XIX веков на улице появились прекрасные усадьбы русских вельмож: А. Б. и С. Б. Куракиных, М. П. Голицына, Н. Н. Демидова, А. И. Мусина-Пушкина, И. А. Чернышева, Н. П. Высоцкого, С. И. Плещеева. Кроме того, со второй половины XIX века на улице стали строиться казенные учреждения: во владениях Куракина (Старая Басманная ул., д. 21) разместился Константиновский межевой институт, в доме № 23 — Детский приют ведомства учреждений императрицы Марии, за ним — больница для чернорабочих, во владениях Голицына (по Новой Басманной ул.) — Сиротский дом. В доме № 13 по Старой Басманной находилась первая гимназия для девочек-сирот «Варенек», открытая известной меценаткой Верой Павловной Фон Дервиз (позже гимназия переехала в Гороховский переулок, 10). На Старой Басманной проживали одни из богатейших людей своего времени – купцы Бабушкины. Андрей Иванович Бабушкин (1696-1774 гг.), разместил в своем доме на Старой Басманной шёлковую фабрику, а на Новой Басманной — полотняную. На Старой Басманной в доме № 20 находилась табачно-гильзовая фабрика табачного короля Бостанжогло.

Старая Басманная улица тесно связана и с культурной жизнью столицы. Здесь жили писатели П. Я. Чаадаев, С. Т. Аксаков, В. Г. Белинский, Ф. М. Достоевский. Здесь неоднократно бывал А. С. Пушкин у своего дяди. Отпевали Василия Львовича в церкви Никиты Мученика в Старой Басманной слободе (Владимирской иконы Богоматери). Со Старой Басманной связаны биографии издателя Н. Е. Струйского, художника Ф. С. Рокотова, ученых П. Н. Яблочкова, А. В. Летникова, И. Е. Забелина.

Один из красивейших московских классических особняков с зимним садом в угловой полуротонде тоже находится на Старой Басманной. Владельцем его с 1817 года стал тайный советник Иван Матвеевич Муравьев-Апостол — дипломат, писатель, переводчик, член Российской Академии и литературного общества «Арзамас». Сегодня дом отреставрирован потомком рода Муравьевых-Апостолов и принимает многочисленных гостей. Здесь проходят регулярные экскурсии, организуются выставки и даже балы и светские рауты.

Украшением улицы и любимым местом отдыха жителей района служит Сад Культуры и Отдыха имени Н. Э. Баумана. Сад создан в 1920 году путём объединения в себе нескольких соседних усадебных садов XVIII-XIX вв., самый большой из которых принадлежал золотопромышленникам Стахеевым. История городской усадьбы Стахеевых послужила прототипом истории о 12-ти стульях в одноименном произведении Ильфа и Петрова. Сейчас в доме Стахеевых (Новая Басманная ул., 14) — Центральный дом детей железнодорожников. Также на территории сада в XIX веке находился дом, где свыше двадцати лет жил философ и общественный деятель, участник войны 1812 года, Пётр Яковлевич Чаадаев (1794-1856 гг.). Здесь его навещали Пушкин, Гоголь, Герцен, Тургенев.

При пожаре 1812 года улица сильно пострадала. После него уцелели лишь несколько домов. Среди них - дома купца Александрова, графа Румянцева, князя Куракина, Аникеева и Салтыкова.

Советская власть тоже отметилась на Старой Басманной. После реконструкции 1930 года, дома, находящиеся в самом начале Старой Басманной, были снесены, а на их месте выстроили многоэтажные здания. Одним из образцов классической советской архитектуры является жилой дом кооператива «Бауманский строитель». Здесь жил и работал легендарный советский разведчик Кузнецов.