Longue de plus d'un kilomètre et demi, la rue de Charonne tire son nom de sa destination première : elle conduisait, depuis le faubourg Saint-Antoine, au village de Charonne, aujourd'hui absorbé par le 20e arrondissement. Chemin ancestral planté entre champs et jardins maraîchers, elle s'est urbanisée progressivement à mesure que le faubourg artisanal grignotait la campagne. À son extrémité nord-ouest, côté rue du Faubourg Saint-Antoine, elle s'ouvre dans l'un des quartiers les plus laborieux de Paris ; à l'autre bout, elle débouche sur le boulevard de Charonne, où se dressait jadis un poste d'octroi remplacé, à partir de 1765, par la barrière de Charonne — un calvaire donnait son nom au lieu avant que la fiscalité royale ne s'y installe.
Le long de cette artère, l'histoire industrielle du faubourg s'écrit en cour après cour. Dès 1764, les numéros 5 accueillent des cours industrielles typiques du Faubourg Saint-Antoine, reconstruites en 1834. Au n° 37, une cour est entièrement consacrée à la délicate et dangereuse dorure au mercure. Mais c'est aux n° 51–53 que bat l'un des cœurs de l'invention française : Jacques Vaucanson, le génie des automates et des métiers à tisser mécaniques, y installe un cabinet présentant ses créations — embryon de ce qui deviendra le Conservatoire des Arts et Métiers, auquel il lèguera quelque 500 machines à sa mort en 1782. Non loin, aux n° 99–101, François Richard et Joseph Lenoir-Dufresne fondent au Consulat la première filature de coton de Paris dans un ancien couvent de Bénédictines : 700 ouvriers y travaillent. Un autre couvent voisin, celui des Dames de Tresnel (n° 100–102), est lui aussi converti en filature ; il en subsiste une arcade et un clocher.
La rue de Charonne est aussi une adresse de soins et de refuge — pas toujours rassurants. Aux n° 157–161, la maison du docteur Jacques Belhomme abrite, entre 1793 et 1794, des suspects fortunés qui préfèrent payer une pension confortable plutôt qu'affronter la Terreur : l'établissement joue sur l'ambiguïté entre asile de santé et cache dorée. C'est là que le jeune Philippe Pinel exerce de 1782 à 1787, avant de devenir l'un des pères de la psychiatrie moderne. L'avocat pamphlétaire Simon-Nicolas Henri Linguet, lui, n'a pas cette chance : arrêté pour accaparement et marché noir — on lui reproche de détenir des semences de pommes de terre — il est enfermé à la Force en 1793.
Sous la Commune de 1871, la rue s'enflamme littéralement : une barricade armée de deux canons barre le n° 80, tandis que le n° 100 sert de siège à un club révolutionnaire. Edmond Rostand, de son côté, a choisi la rue de Charonne pour un usage plus poétique : il y situe la mort de son Cyrano de Bergerac, dans le couvent des n° 94–98 — le vrai Cyrano meurt bien en 1655, mais à Sannois, loin du faubourg. La rue a depuis porté d'autres deuils, bien réels : en février 1962, neuf manifestants sont tués lors de la répression d'un cortège anti-OAS au n° 106 ; en novembre 2015, dix-neuf personnes sont massacrées en terrasse du Bataclan et des cafés du n° 92. Deux dates gravées dans la mémoire collective de Paris.