Назван в честь первого в мире космонавта, летчика-космонавта СССР, Героя Советского Союза Ю. А. Гагарина в 1961 году. В конце XVII — начале XVIII века это была дорога на Змиев. Позже, когда дорога превратилась в улицу, ее стали называть Змиевской. В начале прошлого столетия улица доходила до нынешнего Молчановского переулка. Она оканчивалась каменным домом с большим фруктовым садом. Позднее здесь были построены казармы. В 50-х годах XIX века Змиевская улица продолжала застраиваться на юг и дошла до Молочной улицы (ныне улица Кирова), где в то время заканчивался город. На протяжении второй половины прошлого века улица застроилась дальше. В 1876 году ее замостили, и она стала частью шоссе на Змиев (ныне
Готвальд).
1 июля 1878 года на Змиевской дороге при выезде из города приехавшая в Харьков специальная боевая группа народнической организации «Земля и воля», в состав которой входили С. Перовская, Александр и Андриан Михайловы, Н. Морозов, А. Баранников, М. Фроленко и другие, сделала попытку освободить арестованного революционера П. И. Войнаральского Воспоминание участника этой акции А. Баранникова приводится в книге «Повести моей жизни», написанной одним из членов боевой группы, известным русским революционером Н. А. Морозовым: «...Показалась около города тройка, быстро подвигавшаяся к Змиеву. Андриан сильно ударил по лошадям. Через несколько минут мы уже ехали впереди жандармов, заставляя их следовать за собой на не-большом расстоянии... Я и Фроленко быстро выскочили из брички. Выступив на дорогу, я крикнул: «Стой!». Ямщик осадил лошадей... В этот самый миг Фроленко выстрелил, но промахнулся. «Что тут! Что это!» — крикнул в испуге сидевший по другую сторону от Войнаральского жандарм. Я выстрелил, и он упал на дно повозки лицом вниз. Испуганные лошади жандармов дернули и помчались... Произошло смятение... Расстояние между нами и жандармами все увеличивалось... и мы, убедившись в бесполезности дальнейшей погони, решили возвратиться в Харьков на постоялый двор».
В дореволюционный период застройка Змиевской улицы шла медленно. Судя по плану города 1903 года, улицы Державинская, Уральская, Колчигинская с примыкавшими к ним переулками только начинали застраиваться. Отдельно на пустыре стояла скотобойня, построенная в 1897 году.
В годы Советской власти проспект Гагарина и прилегающие кварталы стали средоточием целого ряда промышленных предприятий. На базе бывших скотобоен создан крупный мясокомбинат, который в настоящее время снабжает мясными изделиями не только Харьков, но и отправляет свою продукцию в братские республики страны. Далеко за пределами области известны изделия завода «Оргтехника», чулочной и ювелирной фабрик, фабрики головных уборов, заводов дорожных машин, экскаваторного, алюминиево-бронзовых сплавов, резиновых технических изделий «Прогресс», фабрики мороженого и других предприятий.
На проспекте Гагарина, кроме промышленных предприятий, находится также Украинский государственный институт по проектированию предприятий электропромышленности — Укргипроэнергопром, Украинский научно-исследовательский институт сельскохозяйственного машиностроения — Укрниисхом и Опорно-зональная научно-исследовательская лаборатория.
Коллектив основанного в 1943 году института Укргипроэнергопром вместе с филиалом в Запорожье осуществляет большую работу, направленную на увеличение потенциала электротехнической промышленности страны. В девятой пятилетке институт проводил комплексное проектирование строительства и реконструкции 82 производственных предприятий и восьми научно-исследовательских институтов электротехнической промышленности, в том числе создал проекты технического перевооружения таких харьковских предприятий, как ХЭЛЗ, ХЭМЗ, «Электротяжмаш».
Значительный вклад в развитие сельскохозяйственного машиностроения страны вносит коллектив Укрниисхома. На протяжении 1966—1970 годов в институте создано около 20 сельскохозяйственных машин, среди которыx пунктирная сеялка СКРИ-12, комбайн СКН-2А для уборки сахарной свеклы и другие машины. В 1972 году институт демонстрировал в Москве на Международной выставке «Сельхозтехника-72» новые образцы, один из которых — самоходная шестирядная свеклоуборочная машина КС-6 — запущен в серийное производство на Тернопольском свеклокомбайновом заводе. Всего за годы девятой пятилетки коллективом института совместно с конструкторскими организациями и заводами разработано и внедрено 16 наименований машин для обработки и уборки сахарного сырья. Институт поддерживает тесные связи со специалистами Венгрии, ГДР и Чехословакии. В январе 1974 года на базе института проводила свою работу секция сельхозмашиностроения и тракторостроения стран — участниц СЭВ.
