К Дубининской улице примыкают с нечётной (восточной) стороны Жуков проезд, c чётной (западной стороны) Стремянный переулок, Малый Строченовский переулок, улица Щипок (в современных границах), Первый Щипковский переулок и Павловские переулки (с 1-го по 3-й). В южной части улицы сохранилась застройка конца XIX века, типичная для фабричных окраин Москвы.
Современное название — в честь революционера и депутата Моссовета Ивана Константиновича Дубинина (1888—1920), жившего на этой улице. Исторические названия — по Ямской слободе, обслуживавшей направление на Коломну, и по Данилову монастырю.
Коломенская ямская слобода известна с XVI века — сюда в 1592 году были переведены ямщики, ранее жившие в Ямской слободе на Полянке.
Храм Флора и Лавра (покровителей лошадей и зависевших от них ямщиков) на Зацепе известен с 1642 года; в 1778 году на его месте была выстроена новая церковь, которая после ряда достроек обрела современный вид к 1835 году. В 1938 году храм был передан обновленцам, в 1940 году закрыт. В 1950-е годы была взорвана колокольня; её выстроили заново после передачи храма церкви в 1992 году[1].
Местность между ямской слободой и Даниловым монастырём долго оставалась слабо застроенной. На планах середины XIX века продолжение Коломенской-Ямской улицы к югу от улицы Щипок и Жукова проезда также называется Щипком и доходит только до 1-го Павловского переулка, за которым простирались сады Павловской больницы. По восточной стороне улицы показаны обширные усадебные дворы, причём в каждом из них — пруд (озерцо) на месте старицы реки Москвы; к западу — только огороды. Из тогдашних усадеб сохранилась только одна, на углу Жукова проезда (№ 49—51).
Во второй половине XIX века на Коломенской и Даниловской улицах развернулось промышленное строительство, особо развившееся после прокладки железнодорожной линии в Поволжье и устройство Саратовского (Павелецкого) вокзала. Большинство из построенных тогда и в советское время фабрик в наши дни перестроены под офисы, торговые и складские помещения. Улицу до 80-х гг. пересекало три железнодорожных переезда через линии, соединявшие завод Владимира Ильича со станцией Москва-Товарная-Павелецкая. В настоящее время все переезды ликвидированы.
В доме на углу Щипка в течение десятилетий работал отец Сергея Есенина, а сам поэт жил и работал здесь в 1912 году. Дубининская улица получила прямое сообщение с Даниловским Валом только в советское время, когда сады Павловской больницы были отданы под застройку (на планах 1917 года показан лишь ломаный проезд по западному периметру больницы).
Трамвай пришёл на Дубининскую улицу в 1950, в разгар сокращения сети, заменив снятую линию по Большой Серпуховской.[2]. С 1959 до 1992 года[3] маршрут «А» ходил от Чистых прудов до Зацепской площади и разворачивался вокруг храма Фрола и Лавра. В 1992 это разворотное кольцо по требованию РПЦ закрыли, а вместе с ним и «Аннушку». Маршрут «А» был восстановлен в 1997, с новой конечной у Калужской площади. В наши дни Дубининская улица связана трамваем с центром города, Шаболовкой, Загородным шоссе, Чертановом, станциями метро «Университет», «Пролетарская» и др.