Точна дата виникнення вулиці невідома, у 1871 році зафіксована перша офіційна назва — вулиця Святого Марка, на згадку про парафіяльний костел Святого Марка, зведений у XVII столітті та розібраний 1784 року, що розташовувався поруч. Сучасну назву вулиця отримала у 1946 році, на честь української письменниці Ольги Кобилянської.
У 1881 році на ділянці, де був костел, за проектом архітектора Бруно Бауера звели будівлю, куди з вулиці Святого Миколая (сучасна вулиця Грушевського) перенесли Крайову школу лісового господарства. Поруч із школою був заснований невеликий дендрарій. Першим директором школи став Генрик Стшелецький, рисунок і скульптуру викладав Леонард Марконі. За часів Польської республіки у будинку розташовувалася Державна ботанічна рільнича станція, у XXI столітті тут працює кафедра ландшафтної архітектури, садово-паркового господарства та урбоекології Національного лісотехнічного університету України[4].
Вулиця забудована переважно типовими чиншовими кам'яницями 1890-х років. У будинку № 2 на початку XX століття розташовувалося архітектурне бюро Едмунда Жиховича, створене у 1898 році. У будинку № 10 за часів Польської Республіки містився торговельний дім Париляка.
Особи, пов'язані з вулицею Кобилянської
У 1930-х роках в одному з будинків мешкав громадський діяч Осип Навроцький.
Мельник І. В. Галицьке передмістя та південно-східні околиці королівського столичного міста Львова. — Львів : Апріорі, 2012. — С. 151. — (Львівські вулиці і кам'яниці) — ISBN 978-617-629-076-6.
Orłowicz M. Ilustrowany przewodnik po Lwowie ze 102 ilustracjami i planem miasta. — Lwów—Warszawa, 1925. — 276 s. — S. 129. (пол.)