Вулиця виникла у 1830-х роках під сучасною назвою (від Олександрівського костелу, розташованого у верхній частині вулиці). З 1934 називалася вулиця Челюскінців, на честь подвигу учасників полярного дрейфу на пароплаві «Челюскін» в 1934 (назва підтверджено в 1944). Історична назва вулиці була відновлена ??у 1991р.
Бульвар наприкінці вулиці з'явився у 1880-х роках. Вулиця виділяється тим, що на ній майже повністю збереглася архітектура кінця 19 – початку 20 століття, переважно представлена ??прибутковими будинками.
б. № 3 - прибутковий будинок 1871 року, надбудований у 1913 році. побудований за проектом інженера І. Запорізького у стилі модерн.
б. № 4 - прибутковий будинок 1887р. побудований у стилі неоренесанс архітектором А. Шіле.
б. № 5 – житловий будинок 1871 року, у стилі модерн. Надбудований 1913 року, 1914 року до будинку прибудований флігель. Архітектор Р. Тустановскій.
б. № 6 – житловий будинок кооперативу «Сяйво», збудований у 1927 році в стилі конструктивізм, ймовірно, архітектором М. Холостенко.
б. № 8 – прибутковий будинок початку XX століття.

Будинок № 9 - прибутковий будинок, збудований у 1912-1913 за проектом архітектора Абрама Трахтенберга в класичному стилі. Тут, під час свого навчання в Політехнічному інституті у 1924-1925 роках жив майбутній академік Сергій Корольов.

б. № 15 – житловий будинок вчених, збудований у 1937 році архітектором В. Заболотним спеціально для українських вчених, жили академіки УРСР математик Микола Боголюбов (кінець 1940-х), фізик Віталій Данилов (1946-1954), вчений у галузі металургії Микола Доброхотов (1940-і - 1963), хімік Антон П. Думанський. Єфименко (1940-1950-і), математик і механік Михайло Лаврентьєв (1940-і), вчений у галузі обчислювальної техніки Сергій Лебедєв (1946-1951), геолог-петрограф Володимир Лучицький (1946 1949), астроном Олександр Орлов (1940-1940 (1950-1970), зоолог Павло Свириденко (1947-1971), фізико-хімік та матеріалознавець Іван Францович (1946-1985), вчений у галузі електрозварювання Костянтин Хренов (1946-1984), хімік Євген Шилов (1950-ті). Також у 1950-х у цьому ж будинку жили члена-кореспондента АН УРСР гідрогеолог А. Бабинець, вчений у галузі ливарного виробництва Андрій Горшков, ентомолог Євген Зверезомб-Зубовський, вчений у галузі електродинаміки Олександр Мілях, цитолог Я. Моділевський, мікробіолог Лев Рубенчик, онколог Олександр Тимофєєвський, економіст Яків Фейгін.
Головною архітектурною домінантою Костьольної вулиці є комплекс католицького прокафедрального собору святого Олександра, до якого входять власне собор (1817-1849 рік), збудований у стилі пізнього класицизму архітектором Ф. Меховичем, будинок домініканського монастиря (перша половина 19 століття), інший будинок (1913-1914), збудований за проектом інженера Г. Позняков у стилі модерн, сторожка (1884), флігель для прислуги костелу (1824), флігель з господарським льохом (1862).

Видатні особи, пов'язані з вулицею Костьольної:
У будинку №6 на початку 1960-х проживав учений у галузі гідравліки та гідромеханіки, академік АН УРСР Георгій Сухомел.

У житлових будинках з комплексу Олександрівського костелу проживали митрополит Андрій Шептицький (квітень-травень 1917) та у 1953-1955 поет-шістдесятник Іван Світличний.
Пам'ятники та меморіальні дошки:
б. № 8 – меморіальна дошка Шамо Ігорю Наумовичу.
б. № 15 – меморіальна дошка Думанському Антону Володимировичу на будинки, де у 1946-1967 роках він жив і працював. Встановлено у 1973 році, архітектор І. П. Блажіївський.
б. № 15 – меморіальна дошка Першину Павлу Миколайовичу, який жив та працював у цьому будинку у 1950-1970 роках. Відкрита 22 березня 1973 року, архітектор І. П. Блажіївський.
б. № 15 – меморіальна дошка Лаврентьеву, який жив і працював у цьому будинку у 1946-1949 роках.
б. № 17 – пам'ятний знак жертвам тоталітарного режиму. Відкритий 1993 року.

поч.1900 рр. вул. Костьольна

зима 1970-ті рр. вул. Костьольна

весна 1980р. вул. Костьольна, 1 та 3

весна 1979р. вул. Костьольна, 1 та 3

1970-ті рр. вул. Костьольна, 7

1970-ті рр. вул. Костьольна, 7

Костельная, 7. Доходный дом 1910-1913 годов. Построен в стиле модерн по проекту архитектора И. Ледоховского. Украшен скульптурами работы скульптора Ф. Соколова.

фото - Вс.А. Дубовецкого

1966–1981гг. ул. Костёльная, 7

Автор:Г.Н. Логвин, Памятники искусства Советского Союза, Украина и Молдавия, Москва, "Искусство", 1982 Александров, Гоберман, Логвин, Чураков

1970-ті рр. вул. Костьольна, 7

Костельная, 7. Доходный дом 1910-1913 гг. Построен в стиле модерн по проекту архитектора И. Ледоховского. Украшен скульптурами работы скульптора Ф. Соколова.

1991р. У дворі житлового будинку № 11 по вулиці Костельна

1998р. Будинок № 13 по вулиці Костьольна

Автор:Андрій Котлярчук

1969р. вул. Костьольна

Автор:Владимир Кляцкий

поч. 1911рр. вул. Костьольна, старий костьол. Собор Святого Александра

из альбома Виды Киева

поч. 1911рр. вул. Костьольна, старий костьол. Собор Святого Александра

из альбома Виды Киева

вул. Костьольна, старий костьол. Собор Святого Александра

вул. Костьольна, польський костьол. Собор Святого Александра

вул. Костьольна, польський костьол. Собор Святого Александра

1926–1934рр. вул. Костьольна, на фоні павильону Панорама Голгофа

1900-ті рр. Вулиця Костьольна

1988р. вул. Костьольна

Автор:Олександр Ранчуков

1930-ті рр. вул. Костьольна, 8. Прибутковий будинок початку XX століття. Житловий кооператив "Сяйво".

У будинку №8 проживали співак Степан Бєліна-Скупевський (1910-ті), поет Василь Чумак (1918-1919), композитор Ігор Шамо (1968-1982).

1981р. Двір будинку № 8 по вулиці Костельна

Автор:Олександр Ранчуков

1936р. Житловий будинок для робітників "Укрм’ясопромтресту" по вулиці Челюскінців (нині Костьольній), № 3 (нині № 10)

Автор:Ф. Петров

1958р. Житловий будинок для робітників "Укрм’ясо-промтресту" по вулиці Костьольній, № 3 (нині № 10)

1939р. Житловий будинок для робітників "Укрм’ясопромтресту" по вулиці Челюскінців (нині Костьольній), № 3 (нині № 10)

1939р. Житловий будинок для робітників "Укрм’ясопромтресту" по вулиці Челюскінців (нині Костьольній), № 3 (нині № 10)

кін. 1950-х рр. угол Костельной и Трехсвятительской, 5/1-А

угол Костельной и Трехсвятительской, 5/1-А

1958-1965, ріг Костельної та Трьохсвятительскої, 5/1-А

Глобус біля Планетарію

1970р. вул. Костьольна

зима 1980р. вул. Костьольна

вул. Костьольна, ріг Трьоехсвятительскої, 5/1-А

сер. 1950-х рр. вул. Костьольна, ріг Трьохсвятительскої, 5/1-А

Автор:Архив семьи Мурашовых

ул. Костёльная, вид снизу с ул. Трехсвятительской