Впервые появляется на плане расширения Самары 1839–1840 годов. Тогда она была северной границей города. Как минимум до начала 1860-х называлась улицей Садовой, после чего ее переименовали в Симбирскую. В 1924 году, когда родной город Владимира Ленина был переименован в Ульяновск, такая же судьба постигла и эту самарскую улицу.
Из дореволюционных зданий, имеющих адрес по этой улице, прежде всего стоит выделить корпус Жигулевского пивзавода с адресом Ульяновская, 1. Это одноэтажное здание — главная проходная бондарного двора. Сам бондарный цех, впрочем, имеет адрес Волжский проспект, 5/2. Построен он был в 1901–1902 годах.
Чуть позднее был прорыт тоннель под нынешним Волжским проспектом, который соединил старую и новую заводские территории. В 1905 году над входом в этот тоннель с территории бондарного двора и была построена его главная проходная.
Адрес Ульяновская, 2/4 имеет Городская водопроводная станция. Открыта она была в 1886 году.
Неовизантийский с чертами мавританского – так определяется стиль дома мещанки Агафьи Кобылкиной (Ульяновская, 51). В 1927–1936 годах этот особняк принадлежал известному самарскому врачу-фтизиатру Виктору Масловскому. Его наследники прожили в этом доме до середины 1950-х годов. А потом продали его русской православной церкви, и он стал архиерейским домом.
В 1936 году на улице Ульяновской был построен новый корпус медицинского института. Он занял целый квартал между улицами Самарской и Садовой. В 1939 году у здания появился новый хозяин — только что организованная на базе мединститута Военно-медицинская академия РККА. В 1943 году этот конструктивистский гигант стал корпусом Куйбышевского авиационного института.
В советское время здесь находились: лабораторный корпус, гигантская лекционная аудитория, учебно-экспериментальный завод, вычислительный центр, экспериментально-производственная фотолаборатория и т.д. Но в середине 1990-х годов в здании случился пожар, после чего оно было реконструировано и превратилось в торговый центр «Вавилон» (Ульяновская, 18).
Отрезок Ульяновской от Ленинской до улицы Братьев Коростелевых в середине 1930-х годов был застроен двухэтажными домами для сотрудников ТТУ. Тогда же открылся детский сад № 70 (Ульяновская, 63). До революции этот участок земли принадлежал бузулукскому Свято-Тихвинскому Богородицкому женскому монастырю.
В 1955–1957 годах по адресу Ульяновская, 19 возвели дом научных сотрудников Индустриального института, предка нынешнего СамГТУ. В нем в разные годы жили писатель Эдуард Кондратов и первый секретарь Куйбышевского горкома КПСС Владимир Золотарев.
Еще один известный житель улицы – революционер Василий Арцыбушев. В Самаре он квартировал по нескольким адресам, но наиболее продолжительное время – на Ульяновской, 40.
В XXI веке у «пяти углов» (так самарцы называли пересечение улиц Ульяновской, Арцыбушевской и Ярмарочной) был был построен офисный центр “Галактика”, получивший от самарцев прозвище “Утюг”.
Рядом с домом доктора Масловского в 2010-х годах был построен двухэтажный особняк с адресом Ульяновская, 47, внешний вид которого хорошо вписывается в дореволюционную застройку этого района.
