Улица возникла в середине 1950-х годов, в ходе застройки данного района. Это было связано, в первую очередь, с развитием крупнейшего градообразующего предприятия — «Южный машиностроительный завод».
Первое название улицы — Парковая. В разных источниках называлась и улицей, и проспектом. После полета второго космонавта — Германа Титова — в 1961 г. улица получила современное название.
Улица имеет большое значение в структуре города, хотя состоит всего из нескольких кварталов. На ней замыкается целый ряд магистралей, идущих перпендикулярно Днепру — проспект Богдана Хмельницкого (бывшая Героев Сталинграда) и проспект Александра Поля (бывш. Кирова). Улица Титова — часть изломанной, но единой магистрали — улицы Криворожская — Титова — Звездный бульвар — Запорожское шоссе.
Улица Титова застраивалась во второй половине 1950-х годов, когда уже объявили «борьбу с архитектурными излишествами». Однако многие здания сохранили признаки стиля «сталинский ампир». Например, здание школы № 89 имеет массивный портик над входом и декоративную композицию на вершине здания с символом образования — раскрытой книгой и датой постройки здания «1955».
Самый заметный объект на улице Титова — кинотеатр «Спутник». Он был построен по «спецзаказу» ЮМЗ и открыт 15 августа 1963 г. Изначально рассчитанный на 820 мест, это — крупнейший кинозал Днепра. Фасад здания, выходящий на улицу Титова, украшен мозаичным панно на космическую тематику. Вновь открыт после реконструкции в 2004 г.