Станция открыта 1 сентября 1958 года на действующем участке второй очереди метрополитена «Площадь Восстания» — «Площадь Ленина». Названа в честь философа, писателя и литературного критика Николая Чернышевского и одноимённого проспекта. В проекте станция носила название «Кирочная».
Темой конкурса проектов оформления станции стала деятельность русских революционных демократов. Конкурс проектов совпал с появлением в печати постановления «Об устранении излишеств в проектировании и строительстве» от 4 ноября 1955 года, что привело к значительному отличию между оформлением станций первой и второй очередей Ленинградского метрополитена.
25 октября 2022 года станция была закрыта на капитальный ремонт вестибюля и наклонного хода, целью которого являлось увеличение её пропускной способности[3]. В ходе реконструкции 3 старых эскалатора в связи с завершением срока эксплуатации были заменены на 4 современных узкобалюстрадных[4][5]. В период реконструкции поезда следовали между станциями «Площадь Восстания» и «Площадь Ленина» без остановок, пусть 13 марта и 2 июля 2024 года и имели место случаи ошибочной остановки поездов и выпуска пассажиров на закрытую станцию[6][7].
Открытие станции было изначально запланировано на 25 мая 2024 года, однако затем было перенесено на 15 июля. Ввиду досрочного завершения работ повторное открытие станции состоялось раньше — утром 13 июля 2024 года[3].
Павильон станции выполнен по проекту архитекторов А. С. Гецкина и В. П. Шуваловой в виде высокого пятигранника с большим витражом на главном фасаде. Он расположен на проспекте Чернышевского между Фурштатской и Кирочной улицами. Вестибюль украшен рельефом с портретом Николая Гавриловича Чернышевского. Наклонный ход, содержащий три эскалатора, входит в северный торец станции. Как и на «Площади Ленина», на «Чернышевской» установлены одинаковые, самые высокие в мире на момент открытия эскалаторы (высота подъёма 65,8 метров, длина наклонной части 131,6 метров, 755 ступеней, каждый поручень — петля длиной 290 метров). Балюстрады эскалаторов сохранили оригинальные бордовые панели и светильники.
На месте вестибюля находилась Николаевская гвардейская богадельня, построенная по проекту архитектора Н. А. Архангельского[8] и церковь Святых Космы и Дамиана лейб-гвардии Сапёрного батальона, снесённые в советское время.
«Чернышевская» — пилонная станция с укороченным центральным нефом (залом) глубокого заложения (глубина 70 м). Является одной из самых глубоких в Петербургском метрополитене. Первоначально планировалось построить станцию закрытого типа с платформенными раздвижными дверьми по краям платформ.
Центральный зал станции расположен в северном конце платформ (ближе к станции «Площадь Ленина»).
Станция строилась в период борьбы с архитектурными излишествами и поэтому является интересным памятником перехода от сталинского ампира к экономной и функциональной хрущёвской архитектуре.
На всей подземной станции использовано закарнизное освещение. Это была первая станция, на которой проектировщики полностью отказались от люстр и светильников. В 2017 году над пилонами установлены дополнительные светильники в виде светящихся полос. Путевые стены облицованы кафельной плиткой. Украшением станции можно посчитать лишь серебристые вентиляционные решётки на пилонах и серый мрамор. После замены пола в центральном зале уложены черные и белые плитки в шахматном порядке. На станционных платформах это выглядит как белая расчёска, повернутая зубчиками к стене.
На путевых стенах перронных залов плитка двух цветов: снизу — чёрного, сверху — белого, также использованы карнизы из серого мрамора. На дверях путевых стен установлены декоративные решётки.
В 2003—2004 годах кафельная плитка на путевых стенах была полностью заменена, что придало станции более аккуратный вид.
Перегон к станции «Площадь Ленина» стал первым, пройденным под Невой. Ни один прибор не может дать стопроцентную гарантию, что на этом участке дна реки нет впадины. По этой причине в целях безопасности все подводные пути петербургского метрополитена проходятся кессонным способом[8].