От Большой Пушкарской улицы до пересечения Чкаловского и Левашовского проспектов. Длина – 680 м. Возникла она 1738 г. при строительстве солдатской слободы Санкт-Петербургского гарнизонного полка.

Современное название известно с 1798 г. Происходит от фамилии домовладельца полковника Бармалеева. В 1804–1817 гг. называлась Шестнадцатой улицей – по номерам расположенных здесь батальонов. До 1960-х гг. включала участок от Чкаловского проспекта до набережной р. Карповки, впоследствии упраздненный. В 1960-е гг. участок севернее Чкаловского проспекта вошел в территорию НИИ «Морфизприбор».

Из старых названий большой интерес всегда вызывает Бармалеева улица не только необычным звучанием, но и совпадением с именем знакомого с детства героя сказки К.И. Чуковского. Это обстоятельство объяснил Л.В. Успенский в книге «Имя дома твоего». Однажды К.И. Чуковский и М.В. Добужинский попали на Бармалееву улицу. Название их заинтересовало, и Чуковский высказал предположение, что в Петербурге жил некий англичанин по фамилии Бромлей, либо придворный парикмахер, либо кондитер. Ему мог принадлежать участок земли, по его фамилии и назвали улицу Бромлеевой. Впоследствии это название трансформировалось в Бармалееву улицу. Но Добужинский, как рассказывал Чуковский, запротестовал: «Не хочу ни парикмахеров, ни парфюмеров! Я сам знаю, кто был Бармалей. Это был страшный разбойник. Вот такой». Раскрыв этюдник, он на листе бумаги набросал странного усатого злодея и, вырвав листок, подарил набросок Чуковскому.

В исповедной книге Матфиевской церкви, находившейся на месте сада на углу Кронверкской и Большой Пушкарской улиц, записан с женою и детьми прапорщик Андрей Иванов сын Бармалеев, 46 лет от роду. Запись относится к весне 1757 г., так что Андрей Бармалеев, возможно, и родился в Петербурге. Во всяком случае англичанином он не был.

В 1809 г. владельцем одного из участков, по общей полицейской нумерации на Плуталовой улице под № 1047 и на Бармалеевой улице под № 1046, был майор Степан Андреевич Бармалеев, к 1824 г. дослужившийся до коллежского советника (по Табелю о рангах приравненному к чину полковника). Он занимал должность смотрителя Военносиротского дома на Каменноостровском пр., 21. Дом С.А. Бармалеева был деревянный, одноэтажный. Находился он на месте нынешнего дома № 5 по этой улице. В 1845 г., когда дом уже перешел в другие руки, на участке числился деревянный флигель в один этаж с маленьким мезонином. Его брат, надворный советник Иван Бармалеев, жил на Большом проспекте. Третий Бармалеев, Василий, был шталмейстером и имел дома на Колтовской набережной.

В 1858 г. улица доведена до Геслеровского переулка. В 1876 г. решено ее продолжить от Геслеровского переулка на север до Карповки. В 1891 г. этот проект был осуществлен. Улица достигла длины 1025 м. С 15 декабря 1952 по 4 января 1954 г. носила название Сумской улицы по г. Сумы в ряду улиц, наименованных в память об освобождении советских городов в годы Великой Отечественной войны. С 1954 г. – вновь Бармалеева улица.

По атласу Цылова, в 1849 г. на улице находилось 34 земельных участка. Один дом, по четной стороне, на углу Большого проспекта, имел каменный низ и деревянный верх. Остальные дома – одно– или двухэтажными, деревянные. Семь участков пустовали. Улица была немощеной, без водопровода. В 1850 г. из-за плачевного состояния улицу предполагалось закрыть, но этот проект не был осуществлен. Строительство деревянных домов продолжалось до 1880-х гг. Возможно, последняя каменно-деревянная постройка появилась на улице в 1880 г., когда по проекту художника-архитектора Ф.Л. Миллера возведен дом № 45 (низ каменный, верх деревянный). С 1890-х гг. началось каменное строительство. Улицу на всем протяжении замостили булыжником, тротуары выложили плитами из пудожского известняка. Эта, в то время захолустная, улица упоминается в повести В.А. Каверина «Конец хазы», написанной им в 1926 г. После войны на улице провели восстановительные работы.