Nazwa ulicy pochodzi od nazwy urzędu marszałka wielkiego koronnego Franciszka Bielińskiego[1], który bardzo zasłużył się osiemnastowiecznej Warszawie, a którego pałac stał przy historycznym początku ulicy, skrzyżowaniu z ul. Królewską. Fragment przy Ogrodzie Saskim przeprowadzono dopiero w okresie międzywojennym. Towarzyszyły temu duże protesty mieszkańców przeciwnych zmniejszaniu powierzchni parku, m.in. dlatego Marszałkowska w tym miejscu jest wygięta w łuk. Wytyczenie ulicy związane jest z powstaniem w latach 1766–1779 Osi Stanisławowskiej, wielkiego założenia urbanistyczno-ogrodowego Warszawy autorstwa króla Stanisława Augusta Poniatowskiego, Jana Chrystiana Szucha i Fryderyka Augusta Moszyńskiego. Centrum miasta przeniosło się w okolice Marszałkowskiej z dwóch ważnych przyczyn, przede wszystkim z powodu budowy w latach 1844-1845 Dworca Wiedeńskiego przy skrzyżowaniu z Al. Jerozolimskimi. Drugą ważną kwestią była też budowa Cytadeli, po północnej stronie ówczesnego centrum, co wymusiło rozwój miasta w kierunku południowo-zachodnim. W drugiej połowie dziewiętnastego wieku, i początku dwudziestego ulica została prawie w całości zabudowana kilkupiętrowymi kamienicami, często bardzo okazałymi. Mieściło się tu wiele sklepów, restauracji, i innych punktów usługowych (w latach 30. XX wieku kilkanaście kin), ulica była bardzo ruchliwa.

W latach 1938-1939 pod numerem 134 przy skrzyżowaniu z ul. Świętokrzyską wybudowano modernistyczny gmach Centrali PKO, zniszczony w 1944 podczas powstania warszawskiego.
Straty wojenne

W czasie drugiej wojny światowej, zabudowa ta została przez Niemców w dużej mierze zniszczona.

Dewastacja rozpoczęła się we wrześniu 1939. Szczególnie ucierpiały w wyniku ostrzału artyleryjskiego i bombardowań lotniczych budynki Dworca Kolei Wiedeńskiej i znajdujące się naprzeciwko niego niewielkie kamieniczki Marszałkowska 104 i 106. Zbombardowana została też północna część ulicy, np. kamienica Marszałkowska 149, znajdująca się na rogu Próżnej, czy 153 – na rogu Królewskiej. Ruiny dworca i kilku zbombardowanych kamienic rozebrano jeszcze w czasie okupacji.

Największe zniszczenia przyniosło jednak powstanie warszawskie i zniszczenia, a zwłaszcza podpalenia dokonane po nim. Niektóre kamienice, m.in. Pinkusa Lothego (Marszałkowska 100, na rogu Al. Jerozolimskich) i Marszałkowska 50 uległy zniszczeniu w trakcie walk lub bombardowań. Pozostałe gmachy podpalono w trakcie metodycznej dewastacji miasta.

Ponadto wojna uniemożliwiła zabudowę narożnika Marszałkowskiej 135 i Świętokrzyskiej 46. Przed wojną mieścił się tam 1-piętrowy domek, który między 1938 a 1939 rozebrano pod nową – nigdy niezrealizowaną – inwestycję.

W 1945 straty ulicy szacowano – być może zawyżając je – na 80% substancji. Według serwisu warszawa1939.pl ocalały przede wszystkim najwytrzymalsze kamienice budowane tuż przed wojną: Marszałkowska 8, 18, 56. Ponadto Niemcy nie zniszczyli budynków na południowym krańcu ulicy: 1, 2, 4, 6. Obronną ręką lub z niewielkimi uszkodzeniami wyszły z wojny kamienice Marszałkowska 17, 28/30, 41, 43, 45, 58, 62, 66 i 101 (tzw. willa Marconiego). Pożar zniszczył fasady kamienic 81 i 81a. Dewastacji i wypaleniu uległy gmachy Marszałkowska 47, 69 i 71 (do drugiego piętra), 81b i 83 (do pierwszego piętra), 85 (do drugiego piętra), 95 (do piątego piętra), 124/128 (do drugiego piętra) oraz willa pod nr 141. Ciężko uszkodzony został budynek nr 19 i Kościół Zbawiciela. Stał też całkowicie zrujnowany szkielet Centrali PKO (Marszałkowska 134).

Podczas okupacji niemieckiej nazwę zmieniono na "Marschallstrasse".

W 1941 niemiecki fotograf Hans Joachim Flessing wykonał w okupowanej ale nie zniszczonej jeszcze całkowicie Warszawie dużą ilość kolorowych fotografii Agfa, które znajdują się aktualnie w niemieckich archiwach państwowych. Znaczna ilość fotografii została wykonana na ul. Marszałkowskiej i stanowi unikalną dokumentację nieistniejących już luksusowych kamienic.
Odbudowa

Po wojnie w zachowanych parterach zniszczonych budynków uruchomiono liczne sklepy i punkty handlowe m.in. w budynku nr 119 mieściła się kawiarnia Cafe Fogg prowadzona przez Mieczysława Fogga. Ulica zyskała wówczas przydomek „parterowej Marszałkowskiej”. Dużą część fasad wypalonych budynków rozebrano z nakazu Biura Odbudowy Stolicy, nie licząc się z ich rzeczywistym stanem zachowania[2].

Parterowa Marszałkowska powstała głównie dzięki prywatnym funduszom. Jednak dla władz komunistycznych ulica w przedwojennej formie była głównie symbolem kapitalizmu. Ponadto, postanowiono poszerzyć ulicę z przedwojennych 26 do 60 metrów na odcinku między Piękną a Alejami Jerozolimskimi i aż do 140 metrów między Alejami Jerozolimskimi a Królewską. Oznaczało to rozbiórkę wszystkich obiektów pod adresami nieparzystymi wyższymi niż 65, włącznie z zabytkową willą Marconiego.
W latach 1952–1954 poczyniono przygotowania pod budowę Pałacu Kultury i Nauki całkowicie zmieniając tym samym charakter tej części miasta. W 1954 poszerzono z kolei odcinek między pl. Konstytucji a Al. Jerozolimskimi. Jedynym przedwojennym budynkiem na tym odcinku ulicy po stronie nieparzystej została oficyna kamienicy nr 81, która dzięki rozbiórce frontu "wysunęła się do przodu".
W południowej części wybudowano nowy plac otoczony przez socrealistyczne budynki zwane Marszałkowską Dzielnicą Mieszkaniową. Wymagało to dalszych wyburzeń. Rozebrano zdatny do naprawy gmach nr 47, a cofnięta w głąb posesji kamienica nr 45 została zasłonięta nowym gmachem. Z budynków 43, 60 i 62 skuto część detalu. Adaptowano na potrzeby MDM kamienice 56, 58, 60 i 62, wyrównując ich wysokość (58 nadbudowano o 3 piętra, 62 obniżono o 1 piętro).
Władze czyniły utrudnienia przy odbudowie wysokich wież Kościoła Najświętszego Zbawiciela, odbudowano je dopiero w 1955.
Pierwszym nowym budynkiem zrealizowanym po wojnie był gmach Ministerstwa Hutnictwa (obecnie siedziba sądów rejonowych), zwany "żyletkowcem" architekta Marka Leykama (Marszałkowska 82). W latach 1950–1953 zabudowano socrealistycznymi kamienicami południowy odcinek Marszałkowskiej (od placu Unii Lubelskiej do Wilczej). Pod koniec lat 1950. i w latach 1960. podejmowano też próby zabudowy odcinka Marszałkowskiej między Wilczą a Alejami Jerozolimskimi architekturą nowoczesną. Wschodnia pierzeja między Świętokrzyską a Królewską powstała w latach 1954–61 według projektu „Tygrysów” (Marszałkowska 136–40).
W latach 1960–1969 zbudowano Ścianę Wschodnią – wschodnią zabudowę ulicy na odcinku od Alei Jerozolimskich do ul. Świętokrzyskiej. Wreszcie w 1972–1973 szwedzka firma Skanska zbudowała w narożniku Al. Jerozolimskich i Marszałkowskiej modernistyczny hotel Forum.
W 1970 pod Marszałkowską na osi ulicy Złotej (w tamtym czasie – Kniewskiego) przebito tunel o długości 80 m do placu Defilad oraz przejście podziemne o długości 43 m[4].
W latach 90. przy ulicy powstały dwie stacje metra – A13 Centrum i A14 Świętokrzyska. W 2006 przeprowadzono rewitalizację na odcinku od pl. Unii Lubelskiej do pl. Zbawiciela. Obecnie planowana jest budowa Muzeum Sztuki Nowoczesnej w pobliżu Pałacu Kultury i Nauki.
Do dziś niezabudowane są zachodnie (nieparzyste) odcinki ulicy między Al. Jerozolimskimi a ul. Królewską.