В XVII веке на Остожье находилась царская Конюшенная слобода, Стадная слобода и Остоженский (Остожный) Государев Конюшенный двор.
Со временем Остоженка стала превращаться в аристократическую улицу, но в середине XIX века из-за оскудения дворянства дома один за другим переходили или в казну, или к купцам. В начале XX века Остоженка уже была застроена доходными домами и особняками в популярном тогда стиле модерн. А после революции 1917 года поставили лишь 4 жилых дома и заморозили любое строительство.
Остоженка сохраняла название до переименования в 1935 году в Метростроевскую улицу в связи с прокладкой здесь открытым способом участка первой очереди московского метрополитена. А в 1986 она стала первой московской улицей, которой вернули историческое название.
По сталинскому генплану Москвы на месте улицы должен был пройти широкий проспект, но это будущее не случилось. Тем временем прошлое давало о себе знать ветшавшими деревянными постройками. На их месте один за другим появлялись пустыри. Новые землевладельцы решили «облагородить» улицу на свой вкус.
Сегодня Остоженка застроена кварталами новостроек по проектам современных архитекторов и считается одной из самых дорогих жилых улиц мира.