Pierwotnie wraz z ulicą Wierzbową fragment starego traktu wiodącego do kościoła i klasztoru kamedułów na Bielanach, gdzie po roku 1673 obecną ul. Bielańską wędrowali pątnicy darzący szczególną czcią obraz Św. Bonifacego. Najwcześniejszą zabudową ulicy były drewniane dwory, pojawiające się już w pierwszej połowie XVII wieku; pierwszy dom murowany został wybudowany w roku 1788.

Było to dzieło Szymona Bogumiła Zuga; niezwykle wydłużona kamienica wystawiona pod numerem 5 dla Królewsko - Pruskiej Kompanii Handlu Morskiego.

Nieco później, bo na początku II ćwierci XVIII wieku wybudowano przy Bielańskiej pałac dla biskupa Teodora Potockiego, mieszczący za panowania Stanisława Augusta mennicę. Kolejny pałac, zachowany do dziś, wzniesiony dla Jana Jerzego Przebendowskiego około roku 1727 i przebudowany przez budowniczego Wojciecha Bobińskiego w latach 1863 - 68 dla Jana Kazimierza Zawiszy, obecnie mieści Muzeum Niepodległości. Przed końcem XVII stulecia przy Bielańskiej powstało jeszcze kilka niewielkich kamienic, jednak dopiero okres 1820 - 1830 zaowocował znaczącymi przemianami w wyglądzie ulicy. W roku 1826 według projektu Antonia Corazziego powstała niezachowana kamienica Wawrzyńca Mikulskiego, zaś w roku 1829 wybudowano kamienicę Gertrudy i Jana Baumów, według projektu Karola Henryka Galle. Wyróżniała się ona stosunkowo bogatym wystrojem plastycznym fasady, składającym się między innymi z laurowych wieńców oraz głów boga Merkurego na tle włóczni i kaduceuszy. Lata 1817 - 19 zaowocowały nową realizacją: według projektu Christiana Piotra Aignera wystawiono nowy gmach mennicy pod numerem 10, rozebrany w roku 1907.

Początek wieku XX przynosi nowe realizacje nadążające za światowymi trendami: w latach 1903 - 1908 przy Bielańskiej budowano kamienice o wystroju utrzymanym w duchu secesji, zaś nieco później, około roku 1912, powstała będąca przykładem wczesnego modernizmu kamienica pod numerem 4, wystawiona dla Panien Kanoniczek według projektu Juliusza Dzierżanowskiego.

W roku 1911 ukończono wybudowany na miejscu dawnych zabudowań mennicy gmach oddziału rosyjskiego Banku Państwa. Autorem projektu był Leontij Benois, zaś gmach nawiązujący stylistycznie do wczesnych realizacji włoskiego renesansu uznawany był za jedną z najświetniejszych realizacji architektonicznych okresu zaborów. Zagładę ulicy przyniosły bombardowania w roku 1939, uległa wtedy zniszczeniu większość dawnej zabudowy; podczas bombardowań w roku 1944 częściowo zburzone zostały niemal wszystkie obiekty przy ulicy. Szczególnie ciężkie walki w dniach Powstania stoczono o gmach Banku Państwa, ostatecznie zbombardowany - stąd funkcjonujące powszechnie określenie Reduta Bank Polski.

W okresie po 1945 zaniechano odbudowy większości domów; ich wypalone relikty zostały usunięte w roku 1946. Dłużej stały ruiny Banku Polskiego, rozebrane w większości około roku 1965.
Przemiany urbanistyczne okolicy w okresie powojennym sprawiły, że całkowicie zanikł fragment Bielańskiej na północ od Alei Solidarności, pierwotnie sięgający aż do ul. Długiej. Pałac Jana Jerzego Przebendowskiego odbudowano w latach 1948 - 49 z wprowadzeniem licznych zmian i uproszczeń, równolegle odcinając go od ul. Bielańskiej przeprowadzeniem jezdni Al. Solidarności i przyporządkowując go jej numeracji.

Wikipedia