Прежде улица называлась Новоподмосковной – рядом располагалась железнодорожная станция «Подмосковная». 9 мая 1960 года ее переименовали в честь героев Великой Отечественной войны, сестры и брата Зои и Александра Космодемьянских.

18-летняя Зоя Космодемьянская была участницей диверсионного отряда. Во время разведывательной операции в деревне Петрищево попала в плен, но под пытками не выдала секретную информацию. Узнав о смерти сестры, Александр Космодемьянский поклялся отомстить фашистам. Окончив танковое училище, он отправился на фронт – освобождал Белоруссию и Прибалтику, участвовал в штурме Кенигсберга. Погиб в сражении за месяц до Победы.