Названа в честь революционера, председателя ВЧК Феликса Дзержинского (1877 – 1926).
Улица Дзержинского на момент своего появления находилась в Северном поселке железнодорожников, который располагался примерно в границах нынешних улиц Тухачевского, Гагарина, Революционной, Аэродромной и Партизанской и практически на 100% состоял из частных домов.
Их снос стартовал в начале 1960-х годов. Тогда на месте частного сектора и территории бывшего аэродрома (см. улицу Аэродромную) стали возводить хрущевки микрорайонов ДОСААФ. В 1962 году была построена школа №167 (Дзержинского, 32).
Нечетная сторона улицы Дзержинского застраивалась во второй половине 1960-х. В 1975 году близ пересечения с улицей Аэродромной был принят в эксплуатацию завод «Самараавтожгут». На рубеже 1970-80-х годов этот перекресток украсили высотные дома – два общежития (Дзержинского, 13 и 13а) и дома-вставки (№№ 22а и 24а).
Тогда же была анонсирована идея прокладки по улицам Дзержинского и Революционной троллейбусной линии до улицы Мичурина. Но она так и не была реализована.
В начале 1990-х годов на пересечении улиц Дзержинского и Партизанской было построено трехэтажное здание ГПТУ-18 (ныне – Самарский государственный колледж технологии и дизайна).