Когда и как Г. Г. Кушелев уступил участок князю П. В. Лопухину (в разное время тот был петербургским полицмейстером, генерал-прокурором, министром юстиции), неизвестно, но в 1822 г. участок принадлежал Лопухину. П. В. Лопухин скончался 6 апреля 1827 г. Единственный его сын от первого брака и совладелец участка Павел Лопухин хотя и владел участком 22 года, бывал там, вероятно, нечасто. Он участвовал в Отечественной войне 1812 г. и в заграничных походах русской армии. Являлся одним из основателей Союза благоденствия. В 1835 г. подал прошение об увольнении по домашним обстоятельствам, поселившись в своем имении Корсунь.

Посреди его усадьбы (от Каменноостровского проспекта до дома № 12 по ул. Академика Павлова) пролегала дорога на восток, до дачи графа К. В. Нессельроде (ранее здесь находилась дача князя И. А. Гагарина). Первоначально ее называли Лопухинской дорогой, а с 1836 г. — Лопухинским переулком. Далее, у современного дома № 9, будущая улица объединялась (на плане 1828 г.) с частью современной Аптекарской набережной под названием Аптекарский проспект. (Нынешний Аптекарский проспект в то время именовался Песочным). С 1836 г. участок дороги от дачи Нессельроде назывался набережной Большой Невки. В 1870-х гг. Лопухинский переулок и набережную Большой Невки объединили в Лопухинскую набережную, а с 16 апреля 1887 г. она стала называться Лопухинской улицей.

15 сентября 1934 г. улице присвоено имя великого физиолога, академика И. П. Павлова, в течение 45 лет работавшего в лаборатории Института экспериментальной медицины, расположенного в доме № 12 по улице. Это был подарок от властей в год 85-летия ученого.

В 1897 г. по левой стороне Лопухинской улицы, начиная от Аптекарского проспекта высадили 97 тополей, устроив между ними живую изгородь из акаций. Однако никаких других работ по благоустройству на улице не производилось. Она оставалась не мощенной. Только в 1906–1907 гг. замостили подъезд к заводу «ДЕКА» (дом № 8).

Улица начинается от Аптекарского проспекта. Участки домов №№ 1, 3 и 5 в начале ХХ в. принадлежали сенатору, гласному Городской думы В. А. Ратькову-Рожнову. От него участки перешли к сыну Я. В. Ратькову-Рожнову, состоявшему членом совета Волжско-Камского коммерческого банка.

В доме № 3 (не сохранившемся) до 1917 г. находилась первая ремесленная мастерская-убежище общества «Народная помощь».

На этом участке в 1956–1962 гг. построили телевизионную башню высотой 316 м 27 см и весом — 1263 т. Она на 4 метра выше, но в 7 раз легче Эйфелевой башни. Это самое высокое сооружение города. Ее авторы — архитекторы С. Б. Сперанский, В. С. Васильковский и А. Д. Кац. Фундаментом являются семь правильных шестигранных пирамид. Башня скреплена девятью жесткими площадками.

В 1985–1990 гг. по проекту А. А. Морозовой (совместно с А. Е. Ситниковым, О. А. Курбатовым и Б. А. Миронковым) возведен радиопередающий центр и сооружен купол телебашни.

Участок, занимаемый домом № 5, в 1980 г. прорезала скоростная магистраль — проспект Медиков, соединивший Петроградскую сторону с Выборгским районом. В 2008 г. на участке дома № 5, лит. Б, Д, по проекту архитекторов Е. В. Подгорнова, Л. К. Эмдина, А. Г. Пака, Ю. Е. Меркурьева возведен офисный комплекс.

Телевизионная башня

За проспектом Медиков по нечетной стороне в начале ХХ в. стояли пять домов под №№ 7, 7а, 7б, 7в и 7 г. В 1910-е гг. три дома № 7, 7 а и 7б имели один № 7 в. Дом № 7в сначала изменил индекс на 7б, а вскоре — на 7 г и принадлежал семейству неких Пруссаков (о них будет рассказано чуть ниже). Дом под № 7 г стал нумероваться 7а и принадлежал жене статского советника Е. В. Михайловской.

Дом № 7в (в 1900-е гг. включавший в себя три участка) в начале 1910-х гг. принадлежал Г. Г. Елисееву, гласному Городской думы, председателю правления акционерного общества «Новая Бавария». Перед 1917 г. тот продал участок генерал-лейтенанту А. А. Смульскому.

В соседнем, собственном доме (в начале 1900-х гг. — 7в, затем поменявший индекс на 7б, после чего — на 7 г) в 1903–1917 гг. жил архитектор В. Ф. Пруссак, служивший в Главном обществе российских железных дорог, затем архитектором Санкт-Петербургской городской управы. В. Ф. Пруссак — автор ряда жилых домов как на Петроградской стороне, так и в других районах города. Вместе с его сыном инженером, композитором Евгением Пруссаком, композитор А. П. Гладковский написал первую советскую оперу «За красный Петроград».

Известно, что Е. В. Пруссак жил в этом же доме в середине 1920-х гг. Дочь архитектора Анна (в замужестве Беляева), филолог-лингвист. Второй его сын, Владимир Пруссак, стал поэтом. Выпускник Введенской гимназии, с 1912 г. — руководитель межученического Революционного союза. Выпускал прокламации «К польскому народу», «К солдатам». В декабре 1912 г. арестован, вскоре освобожден и по решению министра народного просвещения исключен из гимназии без права продолжения учебы и сдачи экзаменов. В марте 1913 г. за распространение прокламации по поводу годовщины Ленских событий вновь арестован. В начале 1918 г. женился на дочери Ф. А. Брауна, профессора германистики Университета. Скончался 22 июля 1918 г. в Петрограде.