Простягається від Арсенальної площі до площі Героїв Великої Вітчизняної війни, є головною планувальною магістраллю Печерська, продовженням Грушєвського вулиці. Ця траса як південна частина дороги від Старого міста до Києво-Печерської лаври під назвою Іванівський шлях функціонувала з давньоруських часів. Ще до заснування цього славетного монастиря в районі вулиці, на схилах нижче Слави площі, було відомо урочище Угорське (див. Аскольдова могила). Південніше на пагорбах знаходилося старовинне княже село Берестове з храмом Спаса на Берестові. З XI ст. в районі Аскольдової могили знаходився печерний Миколаївський чоловічий монастир, на пагорбі над ним – Миколаївський жіночий. Микільський монастир відродився після Батиєвої навали 1240 та наступних татарських нападів. У 1690-93 в ньому збудовано величний Миколаївський собор, який став архітектурною домінантою Володимирської площі (сучасної площі Слави).
За часів Київської Русі місцевість між Арсенальної площею та Слави площею називалася Довгою нивою. Поля, утворені тут вздовж дороги до Печерського монастиря, були оточені лісами, що вкривали пагорби над Дніпром. У XVI-XVIII ст., мабуть, і в попередні століття, навколо цієї живописної траси розкидано невеликі хутори, які належали Києво-Печерській лаврі та Пустинно-Миколаївському монастирю. Сполучення цією трасою значно активізувалося під час спорудження за наказом Петра І Печерської (старої) фортеці навколо Києво-Печерської лаври на початку XVIII ст. Впродовж першої половини XIX ст. більшу частину Печерська охопили потужні укріплення Нової фортеці, від якої шлях до старої частини Києва – вів через розташовані на Арсенальній площі Микільські ворота, споруджені в 1846-50. Вулиця, що утворилася на відрізку між цією брамою та Києво-Печерською лаврою і проходила повз Пустинно-Миколаївський монастир з його величним Миколаївським собором, отримала назву Миколаївської, оскільки активно формувалася за часів правління Миколи І.
Основні храмові споруди вздовж її траси виникли у XI-XVII ст. Крім ансамблю Києво-Печерської лаври (№ 21-25), збудовано у 1696-1700 Воскресєнську церкву (№27). Навпроти неї у 1698-1700 також у стилі українського бароко на місці старої дерев’яної споруджено однойменну муровану церкву святого Феодосія (№ 32/1), що замикає перспективу вулиці. Необхідно також відзначити, що у XVII – на початку XVIII ст. перед Троїцькою надбрамною церквою Києво-Печерської лаври знаходився Вознесенський жіночий монастир, ігуменею якого тривалий час була мати І, Мазепи. Після Полтавської битви під приводом розбудови Печерської фортеці його було закриті), а черниць 1710 переведено до Фролівського монастиря на Подолі, На його місці (вул. Січневого повстання, 30) у1784-98 за проектом військового інженера І. Меллера зведено Арсенал (старий). Ще раніше поруч з Воскресенською церквою (Січневого повстання, 29) у 1757- 59 споруджено двоповерховий будинок генерал-губернатора, мабуть, перша в Києві будівля у формах класицизму. У 1755 на південь по трасі вулиці споруджено Пороховий льох Олександрівського бастіону фортеці (№ 46), а неподалік від нього у 1765 південний в’їзд до неї – Московську верхню браму в стилі бароко. Перед брамою був рів та кріпосний міст, через який проходив шлях до Московської нижньої брами.
З кінця XVIII ст. та впродовж XIX – початку XX ст. на Печерську, зокрема вздовж вул. Миколаївської, розгортається і цивільне будівництво. Серед найстаріших будівель привертає увагу садиба одного з провідників грецького національно-визвольного руху початку XIX ст. К. Іпсиланті (№ 66), збудована 1799 як будинок коменданта фортеці Ф. Вигеля. У 80-х pp. XIX ст. тут деякий час мешкав мистецтвознавець А. Прахов, гостями якого часто були В. Васнецов та М. Нестеров. Поблизу цієї садиби у 30-х pp. XIX ст, мешкав перший ректор Київського університету М. Максимович, у якого в 1835 зупинявся М. Гоголь. В кінці XIX – на початку XX ст. на відрізку Миколаївської вул. між Арсенальною площею та площею Слави, постало кілька прибуткових будинків, а на розі з Суворова вулицею (№ 1/18) – приміщення 5-ої гімназії. На протилежному боці вул. Миколаївської, відрізок якої від сучасної площі Слави до Києво-Печерської лаври на початку XX ст. здебільшого називали дорогою до Лаври, 1895 закладено Аносівський (Комендантський) сквер. У післявоєнні роки його значно розширено і названо Вічної Слави парком, композиційним центром якого став Вічної Слави пам’ятник. Навпроти нього в кінці 50-х – на початку 70-х pp. споруджено типові для радянської архітектури тих часів житлові будинки. В 1981 на пагорбах над Дніпром, де С. п. в. починає спускатися в бік площі Героїв Великої Вітчизняної війни та бульвару Дружби народів, південніше Печерського ландшафтного парку, відкрито Меморіальний комплекс "Національний музей Великої Вітчизняної війни 1941-1945 pp." з чашею "Вічний вогонь" та 62-метровою постаттю Вітчизни-матері з мечем і щитом у руках. Свою сучасну назву вулиця отримала 1919 па відзнаку пробільшовицького робітничого (переважно працівників заводу Арсенал) повстання в січні 1918 проти Центральної Ради.