Улица Владимирская появилась в Вятке в конце XVIII в. после присвоения городу губернского статуса и введения в нем современной планировки улиц. С 1784 по 1812 г. она тянулась от улицы Острожной (ныне — МОПРа) до улицы Орловской и называлась Спенчинской. В 1812 г. получила название Владимирской и достигла современных границ — от Луковицкого оврага (современная улица Профсоюзная) до реки Хлыновки. 23 сентября 1918 г. президиум Кировского горсовета переименовал Владимирскую улицу в улицу Карла Маркса.
Улица исторически связана с темой развития культуры и искусства в Вятке — здесь по сей день находятся дома, где располагался в начале XX в. и работает в наше время художественный музей. По этой же улице ходили вятчане в первый, еще деревянный театр, который в перестроенном виде находится здесь до сих пор. Улица имеет глубокие связи с историей вятского купечества, земства, традициями местной благотворительности и института губернаторства. Помимо дореволюционных зданий, много на улице Карла Маркса и интересных, атмосферных, значимых построек советского периода — Дом Советов, Драмтеатр, корпуса ВятГУ, Лесотехнический техникум, кинотеатр «Октябрь», Дворец бракосочетания и т. д.
Улица Карла Маркса играет особую роль в настоящем города. На ней находится его административный центр — Театральная площадь, а также городская и областная администрации.