Впервые эта местность упоминается в летописи под 1446 годом, когда великий князь Василий на дворе матери своеа за городом на Ваганкове». Следовательно, в первой половине XV века здесь существовал загородный двор великой княгини Софьи Витовтовны. Документы XVII столетия упоминают о трех церквях на Старом Ваганькове — Благовещения (построена в камне при Василии III Алевизом Фрязином), Живоначальной Троицы и Николая Чудотворца. В приходе последней находился двор боярина князя Ивана Ивановича Шуйского, младшего брата царя Василия и последнего представителя знаменитого рода. По владению князя нынешний Староваганьковский переулок назывался Шуйским.

За Аптекарским двором находился Воздвиженский мужской монастырь, давший наименование улице. Время его основания неизвестно. Кирпичный соборный храм был выстроен в 1550-х годах. В начале XVIII века собор сильно обветшал и был перестроен в редкой для Москвы стилистике, близкой к украинскому барокко. После французского нашествия и пожара Москвы монастырь был упразднен, а собор обращен в приходскую церковь. В 1934 году его разрушили. По составу домовладельцев Воздвиженка не сильно отличалась от Никитской и Тверской. Уже в XVI веке здесь жило немало аристократов. Во время пожара 18 апреля 1564 года сгорели дворы царского шурина князя Михаила Темрюковича Черкасского, князя Семена Палецкого, церковь Димитрия Солунского и иные строения, располагавшиеся в начале улицы.

Опись 1638 года упоминает среди ее жителей боярина Б. И Морозова, управлявшего государством при юном царе Алексее Михайловиче, окольничих В. И. и Ф. С. Стрешневых, судью Пушкарского приказа П. Т. Траханиотова, убитого во время московского восстания 1648 года за многочисленные злоупотребления. Последние две улицы в юго-западной части Белого города, Знаменка и Чертольская, шли от Боровицких ворот Кремля, где также был перекинут мост через реку Неглинную, рядом с которым был создан Лебяжий пруд, где выращивали птиц для царского стола. Слева в начале Знаменки располагалась стрелецкая слобода с церковью Николая Чудотворца «Стрелецкого» (на левой стороне улицы), справа стоял храм Михаила Малеина, святого патрона царя Михаила Федоровича, вероятно, в правление этого государя и выстроенный. Сама улица получила название по существовавшей, по-видимому, еще в XVI веке церкви Иконы Божией Матери «Знамение». В 1948 году во время строительных работ в районе этого храма был обнаружен белокаменный саркофаг с женскими останками. В собрание Музея Москвы поступили фрагмент крышки этого саркофага и женский головной убор из погребения — волосник, шитый золотыми нитями, с изображениями мирового древа и единорогов. По части сохранившейся эпитафии можно предположительно реконструировать ее текст и установить имя женщины, скончавшейся в 1603 году: Мария, супруга «мутьянского Воеводина» Радула (выходца из молдавских феодалов), дочь окольничего Афанасия Федоровича Нагого, в постриге нареченная Александрой.