Прежнее название «Чёрновское шоссе» было дано по располагавшимся поблизости Чёрновским садам. Впоследствии сады и совхозы ликвидировали, их место заняла городская застройка. В 1961 году по этой дороге проехал Юрий Гагарин, следуя с заводского аэродрома на Безымянке на обкомовскую дачу на берегу Волги. В честь этого, решением Горисполкома Куйбышева, Чёрновское шоссе было переименовано в улицу Гагарина. При этом определённое распространение получил вариант названия проспект Гагарина: часть домов №№ 73—95 имеют таблички с надписью «проспект», и проект станции метро «Гагаринская» первоначально назывался «Проспект Гагарина».
В 2024 году участку в самом начале улицы (между многоквартирными домами № 8, 10 и 12 по ул. Гагарина, напротив административного здания Самарского метрополитена) присвоено название «Чёрновский сквер»[1].
С 1941 по 1987 год на улице действовала трамвайная ветка (маршруты 3, 13, 15). Существовали оборотные кольца напротив Клинической больницы (вокруг дома 23а), и на пересечении с ул. Энтузиастов (вокруг дома филиала ЦУМ Самара).
В настоящее время трамвайные пути проходят по участку Партизанской ул., Аэродромной ул. и ул. Промышленности, и от Промышленности до ул. 22-го Партсъезда по Гагарина (маршруты трамваев № 3, 4, 7, 11, 23).
Монумент Космонавтам и фонтан — в сквере рядом с домом № 13.
Памятник Владимиру Маяковскому — в одноимённом сквере на пересечении с проездом 9 Мая (в сер. 90-х от памятника остался только постамент, так как сам гипсовый памятник был разрушен вандалами, восстановлен в 2014 году, также сквер обнесён металлической оградой).
Памятник освоителям космоса — расположен в безымянном сквере на пересечении с улицей Победы.
Памятник шофёрам, погибшим в годы Великой Отечественной войны — установлен на пересечении с улицей XXII Партсъезда, на высокий постамент воздвигнут грузовой автомобиль ЗИС-5 — знаменитая «трёхтонка».
Парк «Дружба» — деревянные скульптуры «Ангел» и «Дружба»