Миллионная улица соединяет набережную Лебяжьей канавки и Дворцовую площадь, это одна из самых первых улиц города. Уже в императорском указе от 16 ноября 1715 года зафиксировано название Большая, а в 1730-е годы параллельно возникают сразу три наименования: в 1733-м – Немецкая, в 1734-м – Греческая и, наконец, в 1736-м – Милионная (до 1874 года это слово на картах писалось с одной буквой «л»). Большую часть улицы занимала Немецкая слобода, а участок между улицей и Мойкой восточнее современного Мошкова переулка – Греческая слобода, имя же Милионная было дано по так называемому Милионному дому графа П. Б. Шереметева, поражавшему современников своей роскошью. Сейчас этот дом имеет номер 19; современный, не менее роскошный облик ему был придан в 1862 году А. Штакеншнейдером.
Указом Анны Иоанновны от 20 апреля 1738 года улица получила официальное название Большая Немецкая, которое продержалось до 1789 года, но все же было вытеснено Милионной. Видимо, жить на улице с таким названием было престижнее. Вплоть до середины XIX века существовал вариант Большая Милионная, в то время как Малой Милионной был начальный участок Большой Морской улицы. В середине XIX века встречается еще наименование Троицкая улица по церкви Святой Троицы во дворце принца П. А. Ольденбургского (дом № 1). Церковь была построена в 1860 году по проекту Генриха Штегемана и уничтожена в советское время.
В октябре 1918 года Миллионная стала улицей Халтурина. Степан Николаевич Халтурин (1856–1882), столяр-краснодеревщик по профессии, в 1875 году сблизился с народниками. Вместе с С. П. Обнорским создал «Северный союз русских рабочих», занимался организацией забастовок на городских предприятиях.Отсутствие ощутимых результатов такой деятельности привело Степана Халтурина к террористам. В 1879 году он примкнул к «Народной воле», под чужим именем поступил рабочим в Зимний дворец и 5 февраля 1880 года организовал взрыв в той его части, которая выходила на Миллионную улицу. При взрыве было убито и ранено более 40 человек, в основном ни в чем не повинных солдат, но Александр II, задержавшийся в другом помещении, не пострадал.
Халтурин бежал из Петербурга, скрывался в Москве, затем, уже после убийства императора другой группой народовольцев, ему было поручено убить одесского военного прокурора В. С. Стрельникова. Это поручение Халтурин выполнил, но был схвачен. Он отказался назвать свою фамилию и был повешен как некий Степанов.
4 октября 1991 года Миллионной улице было возвращено историческое название.