Участок от реки Екатерингофки до Шотландской улицы на плане 1849 г. обозначен как Насыпная дорога. 

14 июля 1859 г. присвоено название Динабургская улица по городу Динабург (ныне Даугавпилс, Латвия), в ряду проездов Нарвской части, наименованных по городам прибалтийских губерний Российской империи.

В связи с переименованием в 1893 г. Динабурга в Двинск проезд 18 марта 1909 г. получил современное название. Оба наименования долгое время употреблялись параллельно, пока 10 сентября 1935 г. официально не было закреплено последнее. 

После постройки в 1983 г. Канонерского тоннеля, улицу продлили до тоннеля, но официально этот участок вошёл в состав Двинской улицы лишь в 2007 г.