Миллионная улица – одна из старейших в Санкт-Петербурге. Она появилась еще в первые годы существования города. Тогда в начале XVIII века она называлась Троицкой и проходила через немецкую слободу. В 1710 году на ней была возведена церковь святого Петра, позднее переехавшая на Невский проспект. Поскольку на улице жили в основном немцы – мастера, ремесленники и т.д. – ее переименовали в Большую Немецкую. Позже улицу стали именовать Луговой. 

На Миллионной улице в 1722 году построили главную аптеку Петербурга, она располагалась на участке нынешнего дома № 4. В 20-е годы на улице началось строительство каменных домов для аристократов и важных государственных деятелей. Поэтому уже с сороковых годов XVIII века она стала называться Большой Миллионной улицей. В 30-е годы было возведено новое каменное здания для Почтового двора. Позже, в 1785 году это учреждение переехало на Почтамтскую улицу, дом снесли и на его месте возвели экзерциргауз. В конце XVIII века дом № 9 приобрел известный композитор Д.С. Бортнянский. Дом № 6 построили еще в сороковые годы XVIII века для сенатора Балка.

В XIX веке было возведено еще несколько зданий. Дом № 2 построили для нужд Павловского полка. На улице также находилось французское посольство (дом № 25) и военная комендатура (дом № 21). Посольство примечательно тем, что сюда 27 января 1837 года А.С. Пушкин приезжал для того, чтобы обсудить условия дуэли между ним и  Дантесом с секретарем посольства, секундантом Дантеса д’Аршиаком. В доме № 16 по Миллионной улице некоторое время проживал Оноре Бальзак. 

В середине XIX века было построено одной из самых красивых зданий на Миллионной улице -  здание Нового Эрмитажа, выполненное по проекту классика немецкой архитектуры Лео Кленце. Левая сторона улицы в целом представляет собой задние фасады палаццо, выходящих на Дворцовую площадь. В доме № 27 во второй половине этого же столетия располагалась контора двора великого князя Владимира Александровича. Дом № 36 был возведен под руководством М.Е. Месмахера для архива госсовета. После Октябрьской революции в здании разместился архив Военно-Морского флота. Перед революцией на Миллионной улице также находились Петербургский штаб гвардейского корпуса и военно-полицейский телеграф. Во дворах по обеим сторонам Миллионной улицы до сих пор сохранились различные служебные флигеля, конюшни и другие служебные постройки, относившиеся в свое время к большим дворцам и особнякам.

После 1917 года улицу переименовали в честь рабочего Степана Халтурина. В 1880 году устроившись на работу в Зимний дворец, Халтурин внес в одно из подвальных помещений около трех пудов динамита, и вскоре поджег бикфордов шнур. В результате мощнейшего взрыва  было убито и ранено несколько десятков человек, но государь остался жив.