Название улицы дано ей по имени киностудии Мосфильм в 1939 году, к ней и ведет эта улица. Первое время она даже так и называлась Улица Мосфильм. Еще ее называли Улицей Потылиха. Сегодняшнее название Мосфильмовская улица официально получила лишь в 1952 году.
К началу 1970-х годов все старые дома были снесены. В 1970-1980-е гг. по правую сторону Мосфильмовской, от Голенищевского оврага до Ломоносовского проспекта, и прилегающих к ним улицах построены посольства нескольких государств.