Ulica Czerniakowska wywodzi się od dawnego traktu do wsi Czerniaków oraz brodu na Wiśle, a później także do kościoła bernardynów w Czerniakowie. Wzdłuż jej skrajnie północnego odcinka płynęła rzeczka Żurawka.
XVIII wiek[]
W 1770 roku droga została rozdzielona Okopami Lubomirskiego w rejonie Kanału Piaseczyńskiego, a południowa część uzyskała nazwę Sielecka (por. Sielecka). W otoczeniu drogi, szczególnie we wsi Czerniaków, dominowały jedynie drewniane domy o naczółkowych dachach i kolumnowych gankach, jakie były charakterystyczne dla tej okolicy.
Działały też dwie karczmy, dziesięć magazynów, cztery browary, młyn i cegielnia, zaś jedyna murowana kamieniczka stała pod numerem 164, a jedna z posiadłości (oznaczona numerem hipotecznym 3007 i zwana "Pasztetem") należała do Hugo Kołłątaja, gdzie podczas Sejmu Czteroletniego obradowała grupa postępowych posłów z tzw. Kuźnicy Kołłątajowskiej.
XIX wiek[]
Duża część zabudowy ulicy została zniszczona podczas powodzi w 1813 roku. W 1820 roku przesunięto Okopy Lubomirskiego w rejon ul. Podchorążych, a u zbiegu z nią wybudowano rogatki czerniakowskie. Później wzdłuż zachodniej pierzei ulicy, w granicy okopów, powstały koszary: kirasjerskie, ułańskie oraz huzarskie. Natomiast w rejonie Kanału Piaseczyńskiego wzniesiono drewniane pawilony koszarowe, w których urządzono Szkołę Pływania Kawalerii. Po 1818 roku wzniesiono wzdłuż drogi sporo nowych domów – w granicach miasta murowanych, a poza nimi drewnianych.
W latach 20. XIX wieku wzniesiono dwa spore zakłady przemysłowe: Rządową Fabrykę Machin przy ul. Solec oraz Rządową Fabrykę Kobierców i Dywanów przy ul. Ludnej, dzięki czemu zaludnienie ulicy ponownie wzrosło. Bliskość rzeki sprzyjało rozwojowi kolejnych przedsiębiorstw i fabryk, z czasem powstały m.in. Warsztaty Żeglugi Parowej Andrzeja Zamoyskiego czy Rosyjsko-Włoskie Towarzystwo Akcyjne Wyrobów Włóknistych, zaś w 1866 roku założono Towarzystwo Akcyjne Zakładów Przemysłu Budowlanego.
Każde z tych przedsiębiorstw zatrudniało po kilkaset osób, powstało też wiele mniejszych zakładów przemysłowych. Kolejnym sporym impulsem dla rozwoju okolicy było wybudowanie w 1886 roku Stacji Pomp Rzecznych Wodociągów Warszawskich, będącej częścią zespołu Filtrów Williama Lindleya.
Sukcesywnie wzrastała również liczba mieszkańców ulicy, szczególnie na odcinku warszawskim, gdzie powstawały kolejne inwestycje, w tym m.in. Gazownia na ul. Ludnej (powstała w miejscu Fabryki Kobierców) oraz fabryka Lilpop, Rau i Loewenstein, utworzona w miejscu wcześniejszej Rządowej Fabryki Machin. Ludność zamieszkiwała jednak przede wszystkim w prostych domkach lub przepełnionych „koszarowcach”, a kamienice robotnicze z prawdziwego zdarzenia powstały dopiero w 1862 roku (według projektu Henryka Marconiego) i potem w 1881 roku.
Kolejne obiekty tego typu były jednak tandetne w wykończeniu, tylko niektóre domy już w XX wieku otrzymały lepszy wystrój, m.in. kamienica nr 208.
Grożącą wylewami Wisłę próbowano okiełznać częściowo regulując jej koryto w latach 1888-1889 oraz sypiąc wał przeciwpowodziowy. W 1891 roku wzdłuż ulicy poprowadzono linię kolejki wilanowskiej. Dało to kolejny impuls do rozwoju, szczególnie odcinkowi znajdującemu się wciąż poza granicami miasta, gdzie do początku XX wieku wciąż budowano jedynie domy drewniane.
XX wiek[]
W 1914 roku zmieniono trasę kolejki wilanowskiej tak, że całkowicie omijała Czerniakowską, jadąc Belwederską i Idzikowskiego. W 1916 roku cała ul. Czerniakowska, wraz z Sielcami i Czerniakowem, znalazła się w granicach Warszawy.
Dnia 19 listopada 1922 roku na całej długości ul. Czerniakowskiej uruchomiona została linia tramwajowa, początkowo kursowały one jedynie do pętli Wójtówka, zlokalizowanej przy ul. Chełmskiej, zaś 24 grudnia skierowano je wydłużoną trasę do Placu Bernardyńskiego – pierwsze tramwaje kursowały na linii 2. Wzrost znaczenia kolei, spadek znaczenia żeglugi rzecznej oraz rosnąca presja urbanistyczna prowadziła do stopniowego odpływu przemysłu z okolic ul. Czerniakowskiej.
Dotychczasowe rosyjskie koszary przeszły w ręce Wojska Polskiego, w okolicy zwiększała się też liczba inwestycji, zarówno magistrackich (np. budowa szkoły pod numerem 128) czy kościelnych (budowa klasztoru sióstr nazaretanek z kościołem św. Józefa Oblubieńca NMP).
Powstało też kilka nowoczesnych domów czynszowych, rozwinęły się Sielce, jednak Czerniaków wciąż zachowywał swój podmiejski charakter, pomimo rozwijania się Sadyby.
W przededniu wybuchu II wojny światowej ul. Czerniakowska rozpoczynała się na pl. Bernardyńskim, po czym biegła na północ przecinając planowaną aleję na Stadion Olimpijski na Siekierkach, ulice Wolicką, planowaną Loretańską, Teresińską, Chełmską, Kaszubską, Łączną, Podchorążych, planowaną Hołówki, planowaną Łokietka, Nowosielecką, Bartycką, Suligowskiego, 29 Listopada, Szwoleżerów, Łazienkowską, Solec, Przemysłową, Mączną, Fabryczną, Górnośląską, Zagórną, Śniegockiej, Szarą, Wilanowską i Okrąg, by zakończyć się u zbiegu ul. Ludnej z ul. Książęcą.
Od 30 lipca 1943 roku do 17 stycznia 1945 Niemcy zmienili nazwę ulicy na Hafenstrasse (Nabrzeżna).
Zniszczona podczas powstania warszawskiego część kamienicy Pracowników Banku Polskiego na rogu ul. Okrąg
Otoczenie ul. Czerniakowskiej uległo znacznym zniszczeniom podczas powstania warszawskiego, szczególnie we wrześniu, kiedy to 14 września na praskim brzegu pojawili się Rosjanie i powstańcy chcieli utrzymać pozycje przy brzegu, aby umożliwić desant. Już 18 września cała ulica znalazła się pod kontrolą hitlerowców, a przy niewielkich próbach desantu cała dzielnica upadła do 23 września.
Zniszczona została większość zabudowy, szczególnie w środkowym i północnym odcinku, a w 1946 roku podjęto decyzję o rozbiórce zgliszczy w związku z wytyczaniem planowanego Centralnego Parku Kultury.
Po wojnie nie odbudowano linii tramwajowej, w zamian uruchomiono w 1946 roku linię autobusową F, w 1947 roku linię linię G, a 21 stycznia 1952 linię trolejbusową 52. Dnia 20 sierpnia 1957 roku linia tramwajowa została ponownie uruchomiona, ale tylko na odcinku od ul. Gagarina do ul. Powsińskiej, którą to ulicą biegła dalej do Wilanowa. Nową trasą pojechały tramwaje linii 16, 33 i 33-bis.
Kiedy w 1971 roku rozpoczęto budowę Wisłostrady, w jej zakres wszedł jedynie południowy odcinek ulicy, między ul. Łazienkowską a ul. Gołkowską. Wraz z budową węzłów Wisłostrady z równocześnie budowaną Trasą Łazienkowską zlikwidowano kilkusetmetrowy odcinek ulicy od ul. Górnośląskiej do ul. Łazienkowskiej, wyburzając zachowaną zabudowę mieszkalną i fabryczną oraz tworząc dwa niezależne odcinki ul. Czerniakowskiej.
Dnia 16 września 1973 roku trasę tramwajową skrócono do Sadyby, a 11 listopada 1973 roku doszło do ostatecznej likwidacji tramwajów w ciągu ulicy Czerniakowskiej, ponadto 1 lipca 1973 roku można było ostatni raz pojechać również kursującym tutaj od 1952 roku trolejbusem linii 52. 22 lipca 1974 roku otwarto Wisłostradę i zmodernizowany południowy odcinek ulicy.
W tym samym okresie zabudowę ul. Czerniakowskiej uzupełniły nowe osiedla: Torwar (w rejonie Górnośląskiej), Czerniakowska Wschodnia (między Bartycką a Wolicką), Sielce III (w rejonie Gagarina) oraz Bernardyńska (w rejonie Bernardyńskiej), które znacznie zatarły dawny układ urbanistyczny tej okolicy.
XXI wiek[]
W latach 2000-2002 wybudowano ponadto potężny węzeł z Trasą Siekierkowską.
W połowie 2013 roku zaproponowano do realizacji trasę tramwajową wzdłuż ulicy z Wilanowa przez Powsińską, Myśliwiecką, Kruczkowskiego i Topiel do Metra Powiśle i następnie przez Wybrzeże Gdańskie, Sanguszki i Konwiktorską do ul. Stawki i ul. Andersa, specjaliści z firmy CH2M HILL uznali jednak ten projekt za nieopłacalny.
W 2014 roku powstała też ścieżka rowerowa na odcinku Łazienkowska – al. Becka.