Uliczka swą nazwę - Karlstr. - pamiętniającą pobyt we Wrocławiu cesarza Karola IV, otrzymała dopiero w XVIII wieku. Biegła ona wtedy od ul. Krupniczej do ul. Świdnickiej (dziś południowy pas trasy W-Z) za wewnętrznymi murami miejskimi tuż przy starej fosie zwanej Czarną Oławą (Schwarze Ohle). Wcześniej zaliczana była do sterfy miasta zewnętrznego zwanego Pod Słodownikami. Pod koniec XVII i XVIII wieku zmienił się charakter ulicy. Dawne drewniane domki nad fosą i ogrody były stopniowo zastępowane rezydencjami bogatych urzędników i wojskowych. Po podniesieniu Wrocławia do rangi jednej ze stolic Prus przy Karlstr. zaczęła się rozwijać dzielnica rządowa. Najważniejszą budowlą przy tej niewielkiej ulicy był oczywiście dawny pałac Spätgenów przekształcony przez Fryderyka Wielkiego na pałac królewski. Jednak już w pierwszwj połowie XIX wieku głównie za sprawą Żydów w większości domów znajdowały się sklepy i warsztaty. Kolejne wielkie zmiany w wyglądzie ulicy planowano już w latach dwudziestych XX wieku. Miały one polegać na likwidacji zaułków powstałych w miejscu zasypanej w XIX w. Czarnej Oławy i utworzeniu w ich miejscu szerokiej drogi. Na realizację tych planów przyszło jednak jeszcze poczekać kilkanaście lat.

Zniszczenia wojenne nie ominęły niestety i tego rejonu. Z gęstej zabudowy między wąskimi zaułkami pozostała tylko kupa gruzu i puste place. Do 1945 r. dawna Karlstr. nosiła nazwę ul. Karola. W tym roku patronem ulicy został Kazimierz Wielki (1310-1370), ostatni król Polski z dynastii Piastów. W połowie lat 70. przystąpiono do budowy szerokiej arterii komunikacyjnej, co pociągnęło ze sobą wyburzenie kilku budynków oraz likwidację kilku ulic i zaułków.

W skład północnego pasa nowej trasy weszyły:
- pl. św. Krzysztofa (Christophoriplatz) - fragment na północ od kościoła św. Krzysztofa
- Zaułek Pokutniczy (Altbüßer-Ohle) - biegł od ul. Ofiar Oświęcimskich do ul. Szewskiej
- Zaułek Zamkowy (Schloß-Ohle) - biegł od ul. Świdnickiej do ul. Gepperta
- ul. Siedmiu Kół (Sieben-Rade-Ohle) - biegła od ul. Gepperta do pl. Bohaterów Getta
- Zaułek Ruski (Reussen-Ohle) - biegł od pl. Bohaterów Getta do ul. św. Mikołaja
- ul. Białoskórnicza (Weissgerbergasse) - południowy odcinek do ul. Ruskiej do ul. św. Mikołaja

Na południowy pas złożyły się:
- ul. Słodowa (Hummerei) - od pl. św. Krzysztofa do ul. Świdnickiej
- ul. Kazimierza Wielkiego (Karlstr.) - od ul. Świdnickiej do ul. Krupniczej
- ul. Złote Koło (Goldene-Rade-Gasse) - od pl. Bohaterów Getta do ul. Ruskiej
- ul. Nowy Świat (Neueweltgasse) - południowy odcinek między ul. Ruską i ul. św. Mikołaja.

Ulica prowadząca od południowo-wschodniego narożnika Rynku na południe należy do najstarszych we Wrocławiu. Pierwszy odcinek od Rynku do wewnętrznej fosy wytyczono ok. 1240 r. ale już w początkach XIV w. przedłużono ją do fosy zewnętrznej. Pierwszy zapis pojawia się w 1345 r., gdzie występuje pod nazwą Schwiednitzerstr. (ul. Świdnicka). W XIV w. powstały także dwa zespoły klasztorno-szpitalne związane z zakonem Joannitów (kościół Bożego Ciała) i zakonem Augustianów (kościół św. Doroty). Od początku wznoszono przy ulicy wiele karczm i zajazdów, a także pełniła ona funkcje handlowe. Dalszy rozwój ulicy nastąpił po wyburzeniu fortyfikacji miejskich w 1807 r. Oficjalnie przedłużono ją do obecnej ul. Powstańców Śląskich w 1823 r., nadając nowemu odcinkowi nazwę Neue Schweidnitzerstr. W pierwszej połowie lat 40. XIX w. wzniesiono z inicjatywy Eugena von Vaersta gmach Teatru Miejskiego, który zaprojektował Carl Ferdinand Langhans. Tuż obok powstał w 1846 r. budynek Generalnej Komendantury wg proj. F.A. Stüllera, a w latach 1863-65 budynek hotelu Monopol wg proj. spółki Brost & Grosser, do którego dobudowano w 1892 r. dom towarowy o tej samej nazwie. W pierwszej połowie XX w. najważniejszą budowlą wzniesioną przy ulicy był niewątpliwie olbrzymi dom handlowy firmy Wertheim (1928 r.).

Niestety zniszczenia wojenne nie ominęły tej ulicy. Najbardziej ucierpiały odcinki północny przy Rynku i południowy od pl. Kościuszki do nasypu kolejowego. Luki w zabudowie stopniowo zastąpiono nowymi budynkami nie zawsze godnymi stania przy jednej z bardziej reprezentacyjnych ulic Wrocławia. W latach 70. w trakcie budowy trasy WZ zburzono także wybudowany w latach 30. dom handlowy Bielschowsky proj. Hermana Wahlicha, w którym po wojnie mieściła się m.in. składnica harcerska. Po wybudowaniu trasy WZ zlikwidowano na odcinku od Rynku do pl. Teatralnego linię tramwajową, a także ograniczono ruch samochodowy. W ostatnich latach ulica przeszła generalny remont na wspomnianym wyżej odcinku, który zmieniono jednocześnie w deptak.
Co do nazwy ulicy to przez kilka miesięcy 1945 roku na całej długości obowiązywała historyczna nazwa - ul. Świdnicka. W listopadzie 1945 r. patronem dawnej Neue Schweidnitzerstr. został komediopisarz i poeta Aleksander hr. Fredro. Lecz hrabia miał swą ulicę tylko kilka lat. Już w 1952 r. przyłączono ją do ulicy Świdnicką, którą jednocześnie przemianowano "na wieczne czasy" na ul. Stalingradzką. Na wieczne czasy, czyli na pięć lat, bo do 1957 r. Wtedy przywrócono historyczną nazwę - ul. Świdnicka.