На рубеже XIX—XX веков чижовский крестьянин Ефим Бушуев построил дом западнее нынешней кольцевой автомобильной развязки на улице Краснознамённой. Пустырь стал использоваться его сыном под выращивание клубники. В 1920-е годы дорога к дому Бушуевых превратилась в переулок, названный по первому поселенцу.
Перед Великой Отечественной войной данный район был намечен к заселению и получил генеральную планировку с сеткой улиц. Туда вошёл и Бушуевский переулок, переименованный в 3-й Западный.
Война дала нашей стране многочисленных героев, именем одного из которых, Александра Матросова, решили назвать продолжение 3-го Западного переулка на юго-восток от трамвайного кольца. В 1962 году 3-й Западный переулок включили в состав улицы Матросова.
В настоящее время улица является транзитной и ввиду отсутствия южного радиуса окружной автомобильной дороги связывает курское и ростовское направления. Властями города планируется построить южный обход Воронежа к 2027 году. По планам, новая трасса начнётся от развязки ул. Героев Сибиряков и пр. Патриотов в Юго-Западном микрорайоне, пройдёт между городскими кварталами и военным аэродромом Балтимор и по новому Южному мосту соединится с ул. Лебедева.[1]
До 15 апреля2009 года по улице курсировали трамваи № 1, № 2. В период максимального развития по улице ходили 3 круглогодичных маршрута: № 1, № 2, № 19, а также летний «дачный» № 2а. В настоящее время рельсы на улице частично демонтированы.[3]
По Матросова в настоящее время ходят № 58с, № 76, № 76с, № 80, № 85.