Początkowy bieg ulicy pokrywa się mniej więcej z dawną drogą biegnącą od Wrocławia do wsi Gajowice (Gabitz). Początkowo ulica kończyła się przy dawnym cmentarzu na wysokości obecnej ul. Pretficza lecz w 1905 r. przedłużono ją dalej na południe. Już w pierwszej połowie XIX wieku zabudowa była dość zwarta, którą stopniowo zastępowały okazałe kamienice czynszowe. Odcinek południowy zabudowywano jeszcze w latach 20. XX wieku. Wtedy powstały m.in. gmach Nowej Komendantury (dziś sztab ŚOW), budynki w rejonie ul. Hallera proj. M. Mathisa. Końcowy odcinek zabudowany był willami zamożnych Wrocławian. Nazwa ulicy pochodziła od wspomnianej już wsi Gabitz.

W czasie walk o Festung Breslau zabudowa ulicy została niemal całkowicie zrównana z ziemią. Odbudowa rozpoczęłą się już w latach 50. lecz większość bloków powstała w latach 60. i 70.

Ulica przez pierwsze trzy powojenne lata nosiła obecną nazwę - ul. Gajowicka. W 1948 r. patronem został Adam Feliks Próchnik (1892-1942), działacz socjalistyczny i oświatowy, historyk. Od 1969 r. kiedy zlikwidowano odcinek ulicy między ul. Zaporoską i ul. Lubuską był on patronem właściwie dwóch ulic. W 1981 r. krótszy odcinek (od ul. Kolejowej do ul. Lubuskiej) otrzymał nowego patrona Wincentego Stysia (1903-1960), prawnika, ekonomistę i historyka. Próchnik patronował ulicy jeszcze ok. 10 lat do czasu gdy na początku lat 90. powrócono do historycznej nazwy.

Pierwsze plany wytyczenia ulicy powstały w latach 70. XIX w. Do ich realizacji doszło już w dziesięć lat później. Nowa ulica biegła wtedy od ul. Powstańców Śląskich do pl. Hirszfelda. Przedłużenie do ul. Gajowickiej nastąpiło w pierwszych latach XX wieku. Kolejne wydłużenie ulicy nastąpiło w latach 20. XX w. co związane było z dalszym rozwojem miasta w kierunku południowym oraz budową osiedla Eichborngarten na Grabiszynie. Najpóźniej wybudowano odcinek między ulicami Gajowicką i Wróblą. Od początku istnienia ulicy jej patronką była córka cesarza Fryderyka III, Charlotte (1860-1919).

W czasie wojny najbardziej ucierpiała najstarsza część ulicy, zabudowana głównie dużymi i bogatymi kamienicami. Po wojnie przez trzy lata ulica nie miała polskiej nazwy, którą wprowadzono dopiero w marcu 1948 roku. Odbudowa ulicy przypada na lata 60. XX w. Wtedy też uchwałą MRN z 22 XII 1965 r. dokonano likwidacji znacznej części najstarszego odcinka ulicy od ul. Powstańców Śląskich do ul. Gwiaździstej.