Полтавский шлях – одна из старейших улиц Харькова, которая возникла во второй половине XVII века как дорога на Полтаву. Позже улица была переименована в Екатеринославскую, поскольку вела также в направлении Екатеринослава (ныне - Днепр).
Еще на рубеже XVIII-XIX веков в районе пересечения с современной улицей Маршала Малиновского проходила граница города. В 1804 году здесь была оборудована городская застава.
В 1837 году было принято “Положение об упорядочении губернского города Харькова”, которое запрещало строительство деревянных зданий и “мазанок” на центральных улицах города. Бедным горожанам, которые не могли содержать каменные дома, пришлось выехать на Холодную гору, которая в те времена находилась за городской чертой.
После открытия в 1869 году железнодорожного вокзала Екатеринославская становится деловым центром Харькова. Первый маршрут конки проходит именно по Екатеринославской. Здесь появляются гостиницы, рестораны, в том числе знаменитый Гранд-отель, кинотеатры, фотоателье, большое количество доходных домов.
В советское время улица получила новое название – Свердлова. С 1996 года - Полтавский шлях.