С 20 января 1858 г. приказом санкт-петербургского полицмейстера улица называется Гатчинской, по петербургскому пригороду.
С конца XIX в. она стала быстро застраиваться. В 1898 г. открыто ее продолжение от Большого проспекта до Большой Пушкарской улицы. В 1908 г. ее продлили до Чкаловского проспекта.
Дом № 1 — см.:
Дом № 1 выходит на Большой проспект, 56.
На Гатчинской улице в доме № 1 с 1914 г. жил и 2 июля 1917 г. скончался историк, журналист, библиограф И. К. Антошевский. До 1913 г. он жил на улице Блохина, 6.
В 1907 г. находилась квартира секретаря Петербургского комитета РСДРП(б) Т. И. Попова (партийная кличка Евгений). В ночь на 29 сентября 1907 г. по распоряжению С.-Петербургского охранного отделения у него произвели обыск, во время которого были изъяты революционная литература и адреса. Т. И. Попова арестовали и после семимесячного предварительного заключения осудили на три с половиной года. Одновременно с ним осуждены еще 7 человек, адреса которых нашли у Попова при аресте.
В 1871 г. построен небольшой трехэтажный дом № 5. В 1887 г. он перестроен по проекту архитектора X. X. Тацки. В том же году его купил вице-адмирал П. Ю. Лисянский, устроивший в нем детский приют «Господа Нашего Иисуса Xриста в память отрока Василия». Еще в 1883 г. Лисянский открыл «денную колыбельную для призрения бедных детей». Этим он решил почтить память своего рано умершего сына. В 1887 г. «колыбельная» была обращена в детский приют. В нем содержалось 25 мальчиков в возрасте 7–12 лет, работала двухклассная церковно-приходская школа. По желанию Лисянского приют подчинялся Императорскому человеколюбивому обществу.
После надстройки дома четвертым этажом возвели церковь с одноярусным резным иконостасом в четыре иконы. 3 сентября 1888 г. приютский храм освятили. Позже на крыше сделали звонницу. В декабре 1919 г. церковь закрыли. В настоящее время это жилой дом, до 1917 г. принадлежавший Императорскому человеколюбивому обществу.
Доходный дом № 7 возведен в 1909 г. по проекту архитектора П. В. Резвого. До 1917 г. он принадлежал домовладелице графине М. А. Голенищевой-Кутузовой. В 1910-е гг. в первом этаже размещалось «Общество призрения сирот лиц, павших жертвами долга».
До 1917 г. жил виолончелист, педагог, деятель музыкального просвещения В. П. Гутор, выпускник Петербургской консерватории (1890), ученик А. В. Вержбиловича и Н. А. Римского-Корсакова. В 1912–1915 гг. вел класс виолончели в Народной консерватории в Петербурге, читая лекции по истории смычкового искусства. В. П. Гутор — один из первых русских методистов в области виолончельного искусства, много сделалавший для популяризации русской школы виолончельной игры.
В квартире 27 в 1960–1970-е гг. проживала Е. К. Эвенбах (1889–1981) — пионер советской детской книги, входившая в немногочисленный круг мастеров, определивших своим творчеством лицо ленинградского «Детгиза». В 1924 г. в журнале «Новый Робинзон» появились первые иллюстрации Эвенбах. С них начался ее путь в детскую книгу. Кроме иллюстрирования книг она занималась живописью, исполняла рисунки, офорты, копии древнерусских фресок.
Рядом стоящий дом № 9 возведен в 1912–1913 гг. по проекту техника Н. И. Иванова в неоклассическом стиле для почетного гражданина А. И. Иванова, имевшего подряд на штукатурные работы.
В 1916 г. здесь жил архитектор Департамента народного просвещения К. М. Белокуров. По его проекту осуществлена надстройка производственного здания картонажно-переплетной фабрики товарищества «Отто Кирхнера» на Большой Пушкарской улице, 10.
В 1920–1930-е гг. в квартире 6 жил ученый в области мостостроения и строительной механики академик Г. П. Передерий. Под его руководством построен железобетонный Володарский мост (1932–1938 гг.) и реконструирован мост лейтенанта Шмидта.
Здесь же жил его сын, А. Г. Передерий, доцент Горного института, аспирант Института Красной профессуры. По ложному обвинению арестован 3 июня 1936 г. Осужден на 5 лет лишения свободы. Отбывал наказание в Севвостлаге (Колыма). Тройкой УНКВД по Дальстрою 9 мая 1938 г. приговорен к высшей мере наказания. Расстрелян 5 июня 1938 г.
В квартире 17 некоторое время жил заслуженный деятель искусств России (1997 г.) А. Н. Сокуров, выпускник режиссерского факультета ВГИКа. С 1980 г. — режиссер-постановщик на киностудии «Ленфильм». Среди его фильмов «Дни затмения», «Тихие страницы», «Робер», «Мать и сын», «Молох», «Телец». Он — автор большого числа документальных фильмов, среди которых «Петербургский дневник. Квартира Козинцева» (1998 г.), «Узел. Беседы с Солженицыным» (1998 г.). В 2011 г. в издательстве «Амфора», которое размещается на набережной Адмирала Лазарева, 20, вышла его книга «В центре океана».
Четырехэтажный доходный дом № 11, принадлежавший братьям Василию, Андрею и Павлу Андреевичу Васильевым, начат постройкой в 1901 г. по проекту архитектора В. В. Корвин-Круковского и завершен в 1902 г. В. В. Шаубом.