Названа 1 марта 1966 года в честь С. П. Королёва (1907—1966), конструктора ракетной техники и руководителя советской космической программы^[1][2]. Улица была образована из Большой Кашёнкинской (Кашёнкин Луг), 3-й Останкинской (Останкино) и отрезка вновь проложенной улицы.^[2]

Согласно лётчику-испытателю и писателю Марку Галлаю, изначально именем Королёва планировалось назвать небольшую 1-ю Останкинскую улицу, но это не произошло в результате подлога:

Готовя первое постановление об увековечивании, решили присвоить имя Королёва маленькой Первой Останкинской улице. Логика в этом была — именно на этой улице он жил. Но очень уж она была непрезентабельная. Один из многолетних сотрудников Королёва Евгений Фёдорович Рязанов, как и многие его коллеги, неудовлетворённый таким предложением, не поленился съездить в Главное Архитектурное Управление, посмотрел там генеральный план развития этого района и установил, что Третья Останкинская должна превратиться в большой проспект (ныне существующий). Однако в аппарате ЦК партии упёрлись: переименовывать только Первую, и никакую другую.

И вот Рязанов вместе с ветераном отечественного ракетостроения М. К. Тихонравовым везут пакет с усыпанным множеством высоких виз проектом постановления из ЦК в Исполком Моссовета. Не долго думая, Женя тут же в машине аккуратно вскрывает конверт, ещё более аккуратно переправляет цифру «1» на «3», заклеивает конверт и передаёт его по назначению. А дальше всё пошло автоматически. Никому и в голову не пришло усомниться: документ из ЦК! Подлежит безоговорочному исполнению!^[3]

Мемориальная доскаС. П. Королёву, установленная в советское время, не сохранилась. Новая доска из бронзы с барельефным портретом учёного была открыта 11 апреля 2010 года.

На улице Академика Королёва жили многие участники советской космической программы. Борис Евсеевич Черток пишет об этом во втором томе книги «Люди и ракеты»^[4]:

На Другим приятным событием явилось решение Моссовета о предоставлении в Москве более сотни квартир особо отличившимся специалистам, участникам создания первых спутников. В частности, для нашей организации было выделено три секции в новых домах по 3-й Останкинской улице, ныне носящей имя академика Королева. В доме № 5 отметили новоселье заместители Королева Бушуев, Воскресенский, Охапкин, Черток, Мельников. Соседями по лестничной площадке для нас стала семья Чижиковых, с которой мы дружно жили в Бляйхероде на вилле Франка. За стеной нашей квартиры до сих пор живет семья Михаила Тихонравова. Хотя мы занимали в огромном доме только два подъезда из десяти, весь дом стали называть «королевским».

В ноябре 2020 года улица была продлена за счёт безымянного проезда около улицы Линии Октябрьской Железной Дороги и продолжающего его участка Проектируемого проезда № 589^[5] вдоль железнодорожной линии Ленинградского направления.

Пролегает в основном с востока на запад, начинается от Останкинского проезда, далее с севера к улице примыкает 6-й Останкинский переулок, а с юга, по ходу движения, Улица Цандера, затем Аргуновская улица, улица Валентины Леонтьевой, после этого идёт пересечение с Новомосковской улицей, далее улица пересекает перекрёсток с улицами Дубовая Роща с юга и Ботаническая улица с севера, после которого ещё какое-то время продолжает идти на запад, затем поворачивает на северо-запад вдоль железнодорожной линии Ленинградского направления. Справа на неё выходят улица Кашёнкин Луг и Большая Марфинская улица, заканчивается в жилой застройке. Нумерация домов начинается от Останкинского проезда.

По нечётной стороне:

• № 3 — жилой дом. Здесь жил киносценарист, драматург Александр Хмелик^[6].
• № 5 — жилой дом. Здесь жил учёные-конструкторы Борис Черток^[7], М. К. Тихонравов^[8] и другие коллеги Сергея Павловича Королёва: Бушуев, Воскресенский, Охапкин, Мельников.
• № 9 — жилой дом. Здесь жил один из основоположников советской космонавтики академик Б.В Раушенбах. На доме установлена мемориальная доска. В этом же доме в свои последние годы жил бывший сотрудник ОГПУ, разведчик и диверсант П. А. Судоплатов^[9].
• № 13 — Здание построенное для институтов «Гинцветмет» и «Гипроцветмет», однако в настоящее время большая часть помещений сдаётся в аренду многочисленным организациям.
• № 15 — Останкинская телебашня.
• № 21, стр. 1 — новые помещения Союзмультфильма.

По чётной стороне:

• № 8, стр. 2 — жилой дом. Здесь жил экономист А. Г. Гранберг^[10].
• № 12, 19 и 21 — Телецентр «Останкино» (1963—1967, архитекторы Л. Баталов, В. Жаров, Я. Захарьян, Л. Соловьёв, К. Шехоян)^[11].

• Станция метро «ВДНХ» — к востоку от улицы, пешеходная доступность через аллею Космонавтов.
• Станция метро «Фонвизинская» — к западу от улицы, подземный переход через главный ход ОЖД.
• Станция метро «Бутырская» — к юго-западу от улицы.
• Станции Московской монорельсовой транспортной системы — «Телецентр» и «Улица Академика Королёва».
• По улице проходят трамвайные маршруты № 11, 17, 25; автобусные маршруты № м9, т13, т36, т73, 15, 24, 24к, 85, 311, 379, 561.

Улица Королёва неоднократно упоминается в романах Владимира Орлова «Альтист Данилов», «Аптекарь», «Шеврикука», действие которых происходит в Останкино.

• Имена московских улиц. Топонимический словарь / Р. А. Агеева, Г. П. Бондарук, Е. М. Поспелов и др.; авт. предисл. Е. М. Поспелов. — М.: ОГИ, 2007. — 608 с. — (Московская библиотека). — ISBN 5-94282-432-0.
• Улица Академика Королёва на www.mom.ru