Сучасна вулиця Холодноярська виникла шляхом злиття двох вулиць. Старіший її відтинок з 1954 року мав назву вулиця Макарова. У 1992 році від цього відтинку відокремилася сучасна вулиця Кобринської. Новітній відтинок Холодноярської вулиці не пізніше 1975 року отримав назву вулиця Сонячна Нова, а близько 1984 року був перейменований на вулицю Новосонячну. У 1993 році частина вулиці Макарова та вулиця Новосонячна утворили нову вулицю, яка отримала назву на честь героїв Холодного Яру.
Вулиця має типову для Кульпаркова садибну забудову. Переважають одно- та двоповерхові конструктивістські типові будинки 1930-х—1960-х років, трапляються і сучасні садиби.
