До 1727 года — Первая линия, затем Первая Береговая улица; с конца XVIII века — Воскресенская улица (набережная), названная так по собору Воскресения Словущего — домовой Воскресенской церкви царевны Натальи Алексеевны (1711, в 1817—1818 годах на этом месте архитектором Луиджи Руска была построена Скорбященская церковь).
После Октябрьской революции, с 1918 по 1991 год, называлась улицей Воинова, в честь большевика И. А. Воинова, убитого здесь во время Июльского кризиса 1917 года.
В 1858—1863 годах был сооружён комплекс зданий Центральной городской водопроводной станции с водонапорной башней (№ 56, архитекторы И. А. Мерц и Э. Г. Шуберский), благодаря чему исчезла архитектурная перспектива Таврического дворца, своим главным фасадом ранее выходившего на Неву и соединявшегося с ней каналом.
№ 1 — на доме сохранилась мемориальная доска большевику И. А. Воинову, убитому на Шпалерной во время Июльского кризиса 1917 года (его имя улица носила в 1918—1991 годах). На доске утверждается, в частности, что улица носит имя Воинова в настоящее время (что теперь неверно).
№ 25 — Дом предварительного заключения (ДПЗ, Шпалерная тюрьма, «Шпалерка»). Первая в России следственная «образцовая тюрьма», построенная по проекту инженера К. Я. Маевского, открылась 1 августа 1875 года. 317 одиночных и 68 общих камер и карцеров были рассчитаны на 700 заключённых. Посередине периметра здания, во дворе, находился бетонный восьмиугольник, разделённый на прогулочные камеры, прозванные «утюгами».
После Октябрьской революции бывший Дом предварительного заключения стал следственной тюрьмой Ленинградского управления ОГПУ (затем — НКВД-МГБ-КГБ). В 1931—1932 годах здесь действовало ОКБ-12 — «шарашка», заключённые которой разрабатывали проекты по строительству зданий для ОГПУ, в том числе, «Большого дома» и гаражей на Манежной площади и бульваре Профсоюзов (бывший Конногвардейский манеж).
В 1937—1938 годах, в годы Большого террора, здесь действовали «шпалерные тройки» — внесудебные органы из трёх человек, выносящие приговоры арестованным.
№ 35а — Скорбященская церковь. Первоначально на этом участке находилась домовая Воскресенская церковь сестры Петра I, царевны Натальи Алексеевны (1711, затем[уточнить] — собор Воскресения Словущего), по которой улица в XVIII веке носила название Воскресенской.
После смерти князя в 1791 году имение было выкуплено в казну, императрица нередко бывала здесь в последние годы своей жизни. После её смерти Павел I распорядился перенести всё дворцовое имущество в свою собственную резиденцию, Михайловский замок, здание же было передано под казармы Конногвардейского полка.
После революции 1905 года во дворце разместилась Государственная дума, утверждённая манифестом 6 августа, для чего здание подверглось ремонту и реконструкции (1906—1910, архитекторы А. К. Бруни и П. И. Шестов[уточнить]). 2 марта 1907 года в результате некачественных работ и дополнительной нагрузки, вызванной нахождением на чердаке большого количества пожарных и агентов охраны, осматривавших здание накануне приезда в думу Столыпина, в зале заседаний обрушился потолок — так как обрушение произошло ранним утром, никто не погиб.
5(18) января 1918 года в Таврическом дворце собралось Всероссийское учредительное собрание, покинутое в знак протеста сначала большевиками, а потом левыми эсерами — вслед затем собрание было разогнано по приказу ВЦИК и лично Ульянова-Ленина, после чего здесь проходили различные собрания большевиков — III Всероссийский съезд Советов (10—18 (23—31) января 1918), VII съезд РКП(б) (март 1918), Второй конгресс Коминтерна (июль — август 1920). После убийства в августе 1918 года председателя Петроградской чрезвычайной комиссии М. С. Урицкого дворец был переименован в его честь.
№ 51, литера Б — бывшая учебная кузница, 1873 год, проект военного инженера Михаила Белова. Здание входило в комплекс бывших Аракчеевских казарм Офицерской кавалерийской школы[2].
№ 18 — особняк графа А. Д. Шереметева (XVIII век; перестроен в 1883—1886 годах, архитектор В. Г. Тургенев и др.). Здесь в советское время находился «Дом писателей им. Маяковского» — один из центров культурной жизни Ленинграда[4]781610569950005
№ 52б и 54в — комплекс жилых домов Придворного ведомства. Дом Придворного духовенства (ул. Шпалерная, 52б) и дом Конюшенного фуражного двора (д. 54в) были построены в 1842—1844 годах архитектором Романом Ивановичем Кузьминым[5].
В середине XIX века на этой территории находилась Громовская лесная биржа. В 1866 году по указу В. Ф. Громова здесь были выстроены три крестьянских избы, которые он отправил в Париж, на Всемирную выставку 1867 года.
Начиная с 2003 года в здании водонапорной башни находится музей «Вселенная воды».
№ 62 — Пограничное управление ФСБ России по г. Санкт-Петербургу и Ленинградской области. Памятник Феликсу Дзержинскому
№ 64 — в этом доме проживал деятель обновленческого движения протоиерей А. И. Введенский, впоследствии митрополит, первоиерарх обновленческих церквей в СССР.
Яковченко Р. И., Никитенко Г. Ю. Улица Воинова. — Л.: Лениздат, 1970. — (Прогулки по Ленинграду).
Горбачевич К. С., Хабло Е. П. Почему так названы?: О происхождении названий улиц, площадей, островов, рек и мостов Ленинграда. — 3-е изд., испр. и доп. — Л.: Лениздат, 1985. — С. 74. — 511 с.
Горбачевич К. С., Хабло Е. П. Почему так названы?: О происхождении названий улиц, площадей, островов, рек и мостов Санкт-Петербурга. — 4-е изд., перераб. — СПб.: Норинт, 1996. — С. 289. — 359 с. — ISBN 5-7711-0002-1.
Шпалерная ул. // Городские имена сегодня и вчера: Петербургская топонимика / сост. С. В. Алексеева, А. Г. Владимирович, А. Д. Ерофеев и др. — 2-е изд., перераб. и доп. — СПб.: Лик, 1997. — С. 136—137. — 288 с. — (Три века Северной Пальмиры). — ISBN 5-86038-023-2.