На плане Москвы 1952 года восточная часть улицы обозначена как «Мазутный проезд» (возможно, «2-й …»), примыкая с северо-запада к «каноническому» Мазутному проезду.
В 1955 году вновь проложенный проезд от Ярославского шоссе до Мазутного проезда получил название 1-я Ярославская улица в связи с расположением близ Ярославского шоссе (ныне эта часть относится к проспекту Мира).
Переименована в 1965 году в память Николая Ивановича Кибальчича (1853—1881) — инженера, народовольца. Он был казнён за участие в организации убийства императора Александра II вместе с Желябовым, Перовской, Михайловым и Рысаковым 3 апреля 1881 года. Однако имена этих членов партии «Народная воля» не запечатлены на карте Москвы. Улица Кибальчича вошла в группу улиц, названных в честь достижений по освоению космоса: в 1881 году, находясь в заключении, Кибальчич создал эскиз реактивного летательного аппарата.