Avant d'être une rue parisienne, c'est un chemin de village : la voie qui descend de la butte de Belleville vers la Villette est l'épine dorsale d'un bourg indépendant, absorbé par Paris seulement en 1860. Elle porte alors le nom administratif de route départementale n° 26 ; l'arrêté du 2 avril 1868 lui donne enfin le nom qu'elle mérite — celui du village dont elle fut la rue principale. Avec ses 2 250 mètres et sa largeur de 24 mètres, elle traverse aujourd'hui quatre quartiers (Amérique, Belleville, Combat, Saint-Fargeau) et relie le boulevard de la Villette à l'avenue Gambetta, dessinant une longue diagonale populaire au cœur de l'Est parisien.
La rue est déjà animée sous l'Ancien Régime : Charles-Simon Favart, le dramaturge qui donna son nom à une salle de l'Opéra-Comique, y finit ses jours au n° 112. Mais c'est la Révolution qui l'électrise. En 1790, le n° 141 abrite la première mairie de Belleville ; un an plus tard, un club révolutionnaire s'y constitue, bientôt suivi, au n° 130, d'un autre foyer politique qui prend le nom de Club des Amis de l'Égalité et de la Liberté en août 1792. Le village pense par lui-même.
Sous la Restauration et la Monarchie de Juillet, la rue est aussi une fête. Au n° 10 part chaque année la célèbre Descente de la Courtille, cavalcade carnavalesque qui déboule vers Paris dans un tonnerre de cris et de musique. C'est dans la même salle, en 1840, que se tient le Banquet de Belleville — 1 200 convives pour un dîner néo-babouviste fondateur, en l'absence d'Étienne Cabet lui-même.
La rue devient franchement insurrectionnelle à partir de 1848 : barricade au n° 2 dès juin, puis en 1869 des bagarres pendant plusieurs jours après l'intervention policière contre une réunion du Comité Rochefort — 500 blessés le 10 octobre. Jules Vallès loge au n° 19 avant la Commune. En mars 1871, les canons de la Garde nationale sont parqués aux n° 136–138 ; le général Faron venu les récupérer doit battre en retraite, ses propres soldats fraternisant avec la foule au n° 139. La mairie du 20e, à mi-parcours, devient le dernier réduit de la Commune : lors de la Semaine sanglante, tous les Fédérés qui la défendent sont massacrés. La rue de Belleville est l'une des dernières à tenir — barricade au n° 2, dernier coup de canon versaillais à midi au n° 13. Après l'amnistie, Maxime Lisbonne y transfère sa Taverne du Bagne (n° 12, 1884), et la salle du n° 13 — qui avait vu mourir Émile Eudes en pleine tribune blanquiste (1888) — accueille encore en 1906 un meeting de Jean Jaurès.