Получила название по Ново-Дмитровской слободе (XVII век), отделившейся от Старой и Малой Дмитровских Слобод (находились на месте улиц Б.Дмитровка и М.Дмитровка). До 1891 года в её состав входила Долгоруковская улица.
№ 21 — доходный дом (1910, архитектор М. В. Крюков).
№ 23/29 — многофункциональное здание (2001, архитекторы Ю. Гнедовский, В. Красильников, Г. Савченко).
№ 33 — доходный дом З. И. Золотарской (1911, архитектор Э.-Р. К. Нирнзее).
№ 43 (во дворе) — корпус для одиночного заключения Бутырской тюрьмы (1870, архитектор А. А. Мейнгард).
№ 45 — Бутырская тюрьма.
№ 57/65 — жилой дом. Здесь жили биохимик А. Е. Браунштейн, патологоанатомы А. Н. Струков и А. И. Абрикосов (мемориальная доска, арх. В. А. Орбачевский, 1972), хирург Н. А. Богораз, травмолог-ортопед Н. Н. Приоров (мемориальная доска), невролог И. Н. Филимонов.
По чётной стороне
№ 12 — доходный дом (1909, архитектор С. А. Чернавский).
№ 14/9 — доходный дом (1903, архитектор Э.-Р. К. Нирнзее). Здесь жила писательница Тамара Габбе.
№ 26, стр. 3 — двухэтажный деревянный дом 1900 года постройки.
№ 28 — офисно-жилое здание (1994—1997, архитекторы М. Посохин, М. Плеханов, А. Глаголева).
№ 46 — 12-этажный жилой дом. Здесь жил карикатурист Олег Теслер.
№ 48 — дом Лелюхина (1911, архитектор Б. А. Альберти).
№ 52 — доходный дом (1908, архитектор С. Д. Езерский).
№ 58 — комплекс зданий Скорбященского монастыря (1856—1910-е).