Ngay từ khi mới ra đời, con phố nhỏ này đã mang tên Phố Hàng Đào, một thời gian ngắn dưới thời Pháp thuộc có tên là Rue de la Soie (Phố tơ lụa). Sau năm 1945, con phố này được đổi tên lại là Hàng Đào và tên này được giữ nguyên cho đến nay.
Đầu thế kỷ 15, trong cuốn Dư địa chí của mình, Nguyễn Trãi đã viết về con phố này như sau: phường Hàng Đào là nơi dân chuyên nhuộm điều. Có nghĩa là từ xa xưa, con phố này là địa điểm của hội thợ nhuộm lụa và chuyên nhuộm màu đỏ, hồng, hoa đào cho vải lụa. Vào thế kỷ 17, những người thợ thủ công trên phố này đã mở rộng phạm vi từ nhuộm sang tẩy trắng lụa.
Trên phố Hàng Đào còn có các công trình kiến trúc thờ tự khác gồm miếu Đồng Lạc ở số 31; Đình Đồng Lạc ở số 38; Đền Đại Lôi còn gọi là đền Bách Bộ ở số 47; Đình Đại Lợi ở cuối phố do mở rộng đường nên cuối cùng dời về số 50 phố Gia Ngư và đình Hoa Lộc ở số 90A.
Thời Pháp thuộc, phố Hàng Đào là trung tâm buôn bán các sản phẩm tơ lụa. Các cửa hàng hai bên đường bày bán nhiều mặt hàng lụa như voan, sa tanh, lụa tơ tằm, lụa mịn, gạc, gấm, crepe, ... Vào các ngày 1 và 6 âm lịch hàng tháng, các hội chợ tơ lụa mang tên chợ Hàng Tơ (phường lụa) được tổ chức. Vào thời điểm đó, một số cửa hàng đang bán quần áo ở phố Hàng Đào nhưng mặt hàng này được bán chủ yếu ở phố Hàng Vải gần đó.
Vào đầu thế kỷ 20, một số thương nhân dệt Ấn Độ đã mở cửa hàng buôn bán các sản phẩm lụa và len nhập khẩu từ phương Tây. Cũng trong thời kỳ này, một số cửa hàng tạp hóa, cửa hàng vàng bạc, cửa hàng làm nón được lập ra, nhưng mặt hàng chủ yếu được cung cấp ở phố Hàng Đào vẫn là các mặt hàng lụa tơ tằm.
Đối với sự nghiệp cách mạng, phố Hàng Đào còn là nơi có nhiều di tích đáng chú ý trong đó có ngôi nhà số 10 là trường Đông Kinh Nghĩa Thục do thầy giáo Lương Văn Can và các cộng sự thành lập từ tháng 3 đến tháng 12 năm 1907. Chiến sĩ cách mạng chống Pháp nổi tiếng Phan Chu Trinh đã sống ở đây một thời gian ngắn và đã có nhiều bài diễn văn cách mạng. Một phân hiệu khác của trường là ngôi đình ở số 63 phố này cũng là một ngôi đình lớn, nhiều gian, cửa hậu dẫn ra sân đình Đại Lôi thông ra phố Gia Ngư. Ảnh hưởng của Đông Kinh Nghĩa Thục nhanh chóng lan rộng. Nhiều nơi ở ngoại thành Hà Nội đến đây tìm sách giáo khoa, mở lớp học tại địa phương giống như mô hình trường Đông Kinh Nghĩa Thục ở phố Hàng Đào.
Vào ngày giải phóng thủ đô (10-10-1954), đội quân Việt Nam diễu hành từ huyện Gia Lâm về trung tâm thành phố Hà Nội qua cầu Long Biên, qua phố Hàng Đào và được cổ vũ nồng nhiệt bởi cờ hoa của người Hà Nội.
Hiện nay, vào mỗi tối cuối tuần, phố Hàng Đào trở thành một phần của chợ đêm phố cổ, một điểm du lịch hấp dẫn của thủ đô Hà Nội.