До 1965 года – часть Восьмого проезда. Свое нынешнее название улица получила в честь летчицы, Героя Советского Союза (посмертно) Ольги Санфировой.
Застройка улицы Санфировой началась в 1946 году на участке между Московским шоссе и улицей Центральной. Этот частный сектор до наших дней не сохранился.
В конце 1940-х годов двухэтажными домами была застроена четная сторона улицы Санфировой между улицей Центральной и проспектом Карла Маркса.
Во второй половине 1950-х годов улица Санфировой стала северной границей «Коллективки» — двухэтажного поселка ГПЗ-4, построенного по «горьковскому методу», т.е. силами рабочих предприятия в их свободное время. Для жителей поселка в 1963 году была открыта баня № 13 (Санфирова, 93), работающая и по сей день.
В середине 1960-х годов рядом было возведено общежитие энергетического техникума (Санфировой, 93а). Спустя десять лет в этом районе вырос студенческий городок ГПТУ-24: учебный корпус (Санфировой, 7), общежитие и спортивный зал. Возводился студгородок в 1970-х годах, а шефствовали над этим учебным заведением трест «Волгоэнергомтонаж» и пароходство «Волготанкер».
В центре улицы на рубеже 1940–1950-х годов стала складываться крупная промзона, адрес которой – Санфировой, 95 (с многочисленными литерами и корпусами). В советское время здесь помимо складов находилось грузовое АТП № 2, позже переведённое в район Ракитовского шоссе. В 1990-х годах – база ОАО «Самаранефтегаз».
На территорию этой промзоны была проложена линия от Линдовской железной дороги.