В 1858 г. улица доведена до Геслеровского переулка. В 1876 г. решено ее продолжить от Геслеровского переулка на север до Карповки. В 1891 г. этот проект был осуществлен. Улица достигла длины 1025 м. С 15 декабря 1952 по 4 января 1954 г. носила название Сумской улицы по г. Сумы в ряду улиц, наименованных в память об освобождении советских городов в годы Великой Отечественной войны. С 1954 г. — вновь Бармалеева улица.
По атласу Цылова, в 1849 г. на улице находилось 34 земельных участка. Один дом, по четной стороне, на углу Большого проспекта, имел каменный низ и деревянный верх. Остальные дома — одно— или двухэтажными, деревянные. Семь участков пустовали. Улица была немощеной, без водопровода. В 1850 г. из-за плачевного состояния улицу предполагалось закрыть, но этот проект не был осуществлен. Строительство деревянных домов продолжалось до 1880-х гг. Возможно, последняя каменно-деревянная постройка появилась на улице в 1880 г., когда по проекту художника-архитектора Ф. Л. Миллера возведен дом № 45 (низ каменный, верх деревянный). С 1890-х гг. началось каменное строительство. Улицу на всем протяжении замостили булыжником, тротуары выложили плитами из пудожского известняка. Эта, в то время захолустная, улица упоминается в повести В. А. Каверина «Конец хазы», написанной им в 1926 г. После войны на улице провели восстановительные работы.
Нечетная сторона улицы начинается с доходного дома № 1/52, выходящего на Большую Пушкарскую улицу. Он возведен в 1901 г. по проекту техника А. И. Гаврилова. До 1917 г. дом принадлежал Русскому страховому обществу «Помощь». В 1930-е гг. здесь жил Л. Т. Соловьев, профессор отдела сравнительной биохимии Института экспериментальной медицины.
Соседний дом № 3, выходит на Большой пр., 61.
В 1915–1916 гг. в нем жил поэт, драматург, детский писатель Н. Я. Агнивцев, выходец из дворянской семьи. Печатался в «Петербургской газете», «Биржевых ведомостях», в журналах «Пятак» (1911 г.), «Солнце России», «Сатирикон», «Новый Сатирикон». Был постоянным автором «Столицы и усадьбы», где помещал в соответствии с направлением «журнала красивой жизни», стихи и драматические сценки с «экзотикой» и аксессуарами «высшего света». Песни и куплеты Агнивцева исполняли Н. Н. Ходотов и А. Н. Вертинский. Сам поэт выступал в театрах-кабаре и литературно-артистическом ресторане «Вена», был заметной фигурой в среде петербургской богемы. В январе 1917 г. вместе с режиссером К. А. Марджановым и актером Ф. Н. Курихиным создал в Петрограде театр-кабаре «Би-ба-бо». В 1923 г. выпустил сборник стихов «Блистательный Санкт-Петербург». Издал более 20 книг для детей.
Пятиэтажный дом № 5, выходящий на Плуталову ул., 25, центральным фасадом выходит на Большой пр., 76–78.
Трехэтажный жилой дом № 7,
стоящий в глубине участка, и двухэтажное здание мастерской для художницы и скульптора З. В. Мариной возведены в 1908 г. по проекту архитектора и скульптора И. Ф. Безпалова. Это была небольшая живописная, асимметричная в плане постройка с выразительным силуэтом и пластикой. В настоящее время здание перестроено, но его основной объем сохранился. Скульптурные работы З. В. Мариной иногда воспроизводились в периодической печати того времени.В доме № 7 в 1940-е гг. находился Отдел здравоохранения Ждановского района. В 1970-е гг. располагалось торговое предприятие Управления садово-паркового хозяйства и зеленого строительства Ленгорисполкома «Садоводство».
Соседний, в виде особняка, трехэтажный жилой дом № 9 возведен в 1911 г. по проекту техника Ф. Д. Павлова. В 1963 г. дом после капитального ремонта надстроен еще одним этажом.
В квартире № 10 в 1930-е гг. жил физиолог, академик АМН СССР, заслуженный деятель науки РСФСР П. С. Купалов, выпускник Военно-медицинской академии (1915 г.), ближайший ученик И. П. Павлова. С 1925 г. работал в Институте экспериментальной медицины. После смерти И. П. Павлова стал заведующим отделом физиологии. В 1931–1952 гг. — заведующий кафедрой нормальной физиологии 1-го Ленинградского медицинского института.
Доходный дом № 15 возведен в 1902 г. по проекту архитектора Г. М. Курдюмова для коллежского советника, инженера-технолога Л. Г. Котельникова, инспектора по техническо-строительной части Главного управления неокладных сборов и казенной продажи питей. Г. М. Курдюмов служил в этом же управлении. По соседству Курдюмов построил собственный дом на нынешней ул. Ленина, 37. Он был архитектором Санкт-Петербургской портовой таможни. В порту, на Межевом канале, по его проекту возведены здание портовой таможни и пакгаузы портовой таможни.
Рядом стоящий дом № 17/73 на углу Малого проспекта возведен в 1873 г. по проекту архитектора М. М. Лаговского. В начале ХХ в. домом владел А. С. Лукинский, член Санкт-Петербургского сиротского суда, размещавшегося на Мещанской ул., 26.