Улица возникла в 1760-е гг. под именем Ивановской дороги. Дорога была строго ориентирована на колокольню Ивана Великого в Кремле. Начиналась от современной Петровско-Тимирязевской площади и доходила до современного перекрёстка с Красностуденческим проездом и ул. Вучетича. Далее через Старое шоссе (ныне ул. Вучетича) можно было проехать в Москву. В 1860-е годы, когда в пригородной усадьбе Петровско-Разумовское создавалась Петровская лесная и земледельческая академия (ныне — Российский государственный аграрный университет — МСХА им. К. А. Тимирязева), её продлили до Башиловской улицы. Старый участок дороги получил название Академической улицы, участок от Башиловской улицы до современного перекрёстка с Красностуденческим проездом и улицей Вучетича назвали Новым Петровско-Разумовским шоссе, в просторечии Новым шоссе. В 1894 году на Академической улице высадили дубы, и улица именовалась Дубовой, однако на многих городских картах и планах её именовали и Новым шоссе, и Академической улицей, и даже Ивановским шоссе. В 1932 годуДубовую переименовали в память об учёном К. Тимирязеве в Тимирязевскую улицу. И только в 1964 году ей было присвоено общее название Тимирязевская улица. Память о старом наименовании Дубовой улицы сохранилась в посадках дубов, и в том, что с введением в Москве нумерации в 1908 году, все учебные корпуса МСХА имени К. А. Тимирязева, расположенные по улице и ныне именуют по старым номерам: дом № 45 — 6-м корпусом, № 47 — 8-м корпусом, № 49 — 10-м корпусом (по архивным материалам музея истории МСХА). Также недалеко от улицы находится небольшой парк «Дубки».
В 1863—1865 годах построено главное здание академии. Первоначально улица представляла собой загородное шоссе. В 1880-е годы по обеим сторонам его возникают дачи. В 1874 году вдоль шоссе проложена железнодорожная линия, по которой ходил небольшой паровоз с несколькими вагонами. В 1917 году шоссе на всём своём протяжении вошло в черту Москвы. В 1922 году паровая линия заменена на трамвайную[5]. Многоэтажное строительство на улице началось в середине 1950-х годов. В середине улицы с западной стороны к ней примыкает Парк Сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева, а с восточной — опытные посадки, в том числе тепличные.
Вострышев М. И., Шокарев С. Ю. Москва. Все культурные и исторические памятники. — М.: Алгоритм, Эксмо, 2009. — 512 с. — (Московские энциклопедии). — ISBN 978-5-699-31434-8.