По мнению историков, по линии современной улицы проходила крепостная стена ханской Казани. Своё современное направление улица получила после того, как город начал застраиваться по регулярному плану.
Первое известное название улицы — Попова Гора, так как на улице жили попы и дьяконы расположенного неподалёку Богородицкого монастыря. До революции административно относилась к 1-й полицейской части.
2 ноября 1927 года переименована в улицу Рыкова, в честь председателя СНК СССР Алексея Рыкова, а 2 февраля 1937 года переименована в честь председателя КПГ Эрнста Тельмана.
До начала XXI века улица была застроена, за редкими исключениями, малоэтажными деревянными домами; почти вся историческая застройка улицы была снесена, а на их месте построены элитные жилые дома.
На улице Тельмана расположен объект культурного наследия регионального значения — дом № 24. Это двухэтажное здание, построенное в 1908 году в стиле модерн. Оно принадлежало инженеру-строителю Науму Перельштейну.
Особенности здания:
асимметричный главный фасад с пятью оконными проёмами;
углы здания и входная группа выделены ризалитами;
боковая проездная арка;
массивный балкон с рустованным основанием, обрамлённый широкими поясами;
лепные украшения с геометрическими и растительными узорами;
профилированные подоконники и декоративные ниши.
