Улица возникла не ранее 1640-х годов, так как в переписи московских дворов 1628 года она еще не упоминается, на плане Олеария (известный немецкий путешественник и учёный) 1634 года впервые показан на Земляном валу напротив нее прорыв – место устройства в XVIII веке триумфальных Красных ворот.
Басманная слобода находилась в XVII веке в районе современной Старой Басманной улицы и отделена была от современной Новой Басманной обширными огородами находившегося в кремле Вознесенского монастыря. Есть две распространенные версии объяснявшие чем занимались жители слободы. По одной, что здесь жили дворцовые пекари, выпекавшие казенный хлеб «басман». По другой - ремесленники, которые «басмили», т.е. делали широко распространенные узорные украшения на металле или коже.
В конце XVII века улица называлась «Капитанской слободою», поселение иноземцев-военных, организованных Петром I солдатских полков, и царь всегда проезжал в Кремль и из Кремля по этой улице и дальше по Мясницкой, а не по Старой Басманной и Покровке – старой царской дороге к Яузе.
Среди иноземных дворов здесь было много и русских, вследствие чего в конце XVII века на улице построили деревянную церковь Петра и Павла. Это уникальное здание в Москве – единственное построенное по рисунку Петра I. Необычные ее формы вполне могут быть объяснены тем, что Петр хотел иметь у себя в Москве посвященную его небесным покровителям церковь, подобную тем, которые он видел в Западной Европе. Строительство церкви продолжалось довольно долго - как раз в 1714 году вышел указ царя о запрещении каменного строительства по всей России, кроме Петербурга (специально, чтобы каменщики могли найти работу только в городе на Неве и город был быстро отстроен в камне), и Петропаловская церковь возобновилась постройкой только через 7 лет. А в 1723 году в нижнем этаже освятили престол во имя св. Николая Чудотворца, а наверху – во имя апостолов Петра и Павла. Церковь закрыли в 1935 году, но не разрушили - по постановлению Моссовета ее передали Управлению Московской областной милиции для склада военно-хозяйственного имущества, а потом там находилась лаборатория исследовательского института.
В связи с переводом столицы в Петербург и освобождение слобод от «тягла» совершенно изменился социальный состав дворовладельцев Новобосманной слободы: из 57 дворов «тяглецам» принадлежали только 2, купцам и фабрикантами – 26, ремесленникам – 3, иноземцам ( торговцам и ремесленником) – 7, казне - 1, церкви – 1, знати – 3, офицерам – 6, солдатам – 4, чиновникам – 2 и 2 двора были пустырями.
В 1726 году здесь , находилась большая каразейная (каразея – бумажная ткань, шедшая главным образом на подкладку) мануфактура Р.Воронина, а на ее дворе еще фабрика с десятью «каразейными и лентошными станами» братьев Лединских.
В плане Мичурина 1739 года улица, с 1726 года называвшаяся уже Новой Басманной, показана в современных границах от красных ворот до Разгуляя. По правой ее стороне, на месте огородов Вознесенского монастыря, показаны 14 заново распланированных (очевидно после пожара 1737 года) дворов с домами в линию по улицу и дворами-садами, доходившими до Хомутовского тупика. По левой стороне улицы показан за церковью Петра и Павла современный Басманный переулок, который вел к ручью Ольховцу на месте теперешней Новорязанской улицы и к улице «Ольховец» - нынешней Ольховской.
В «Переписной книге города Москвы» 1745 года в начале Новой Басманной улицы у Красных ворот показана слева «сенная площадка» - место продажи привозимого крестьянами сена; напротив нее, - «полковой житный двор», то есть место хранения хлебных и других запасов для войск.
По соседству с житным двором находился двор «обер-шталмейстера, тайного советника, действительного камергера, кавалера князя Александра Борисовича Куракина», прозванного за свое богатство и наряды «бриллиантовым князем».
В 1742 году князь А.Б. Куракин устроил в своем доме богадельню на 200 человек и при ней церковь. Перестроенные здания богадельни и церкви сохранились до наших дней.
Во второй половине XVIII века нахлынувшие в Москву из поместий дворянство заняло под жилье и Новую Басманную улицу. В 1793 году среди владельцев домов на ней встречаются знатнейшие дворянские фамилии: князей Голицыных, Куракиных, Трубецких, графов Головкиных, именитых дворян Нарышкиных, Головиных, Еропкиных, Лопухиных, Сухово-Кобылиных, а также купцов и фабрикантов Бабушкина, Мещанинова, аптекаря-иноземца Шульца и других.
На месте полкового житного двора стоял Запасный царский дворец (склад запасов) – квадрат из двухэтажных зданий с большим двором внутри и воротами на Новую Басманную. Он был построен Елизаветой Петровной после пожара 1753 года.
В пожар 1812 года все деревянные дома на улице сгорели, остались лишь 12 каменных. После этого состав владельцев домов мало изменился, но постройки стали в основном каменными.
Запасный дворец в 1900-х годах был надстроен третьим этажом и приспособлен для дворянского института благородных девиц. В советское время институт ликвидировали, здание надстроили и переделали и разместили в нем Министерство путей сообщения СССР.
В 1870 –х годах улицу прорезала в глубокой выемке соединительная ветка Курской и Николаевской железных дорог. В тоже времени большинство домов перешло из рук дворян и чиновников в руки купцов.
