Первоначально улица имела название Инженерная. Застройка улицы началась во второй половине XIX века. Улица тогда тянулась от Салгирной слободки на юго-западную окраину Симферополя. Во время немецкой оккупации в 1941—1944 сохранила своё название (нем.Ingenieurstasse)[2]. В 1959 года была переименована властями города в честь писателя Петра Павленко[3].
Летом 2019 года на доме № 19 была открыта мемориальная доска в честь Петра Павленко с текстом: «Эта улица названа в честь известного советского писателя и общественного деятеля, одного из руководителей крымской писательской организации»[4].
В феврале 2020 года для предотвращения нелегальной парковки вдоль газона на улице Павленко были установлены металлические барьерные ограждения[5]. В ноябре 2020 года на улице Павленко была открыта спортивная школа бокса имени А. С. Антонюка[6].
Дом № 1, 2010 год
Дом № 1а, 2012 год
Дом № 2, 2012 год
Дом № 4, 2012 год
Здания и учреждения
№ 1 — Симферопольская районная государственная администрация