Al igual que otras calles de la zona, el nombre de esta calle se debe a la batalla de Bailén, ocurrida el 19 de julio de 1808 en las proximidades de la localidad jiennense, donde las tropas españolas, al mando del general Castaños, derrotaron a las tropas de Napoleón.

Vamos a ver un poco de historia: En el siglo XI  los cristianos conquistan el castillo que los moros habían construido, donde se alza actualmente el Palacio Real,  y se convierte en una pequeña comunidad rural, con el nombre árabe de Mayrit, que con el paso del tiempo va cambiando al actual Madrid

En 1561 Felipe II establece la capital en Madrid. La idea de unir el Palacio Real con la Basílica de San Francisco el Grande, por medio de una gran avenida y la construcción de un colosal viaducto que salvara el desnivel de la calle Segovia, ya figuraba en el proyecto que Sachetti presentó a Felipe V en 1736 para la construcción del nuevo Palacio Real. Durante el breve reinado de José Bonaparte, el arquitecto real Silvestre Pérez retomó los planteamientos de Sachetti, pero no llegaron a materializarse.

Para poder prolongar la calle Bailén hasta la Basílica de San Francisco, fue necesario la construcción de un viaducto, como ya hemos comentado, que salvara el barranco de la calle Segovia. Su obra fue encomendada al ingeniero Eugenio Barrón, quien lo construyó utilizando una innovadora estructura de hierro entre 1872 y 1874. Este primer viaducto estuvo en pie hasta la II República, cuando fue sustituido por el actual.A mediados del siglo XIX se vuelve a retomar la idea pero, como señalaría Fernández de los Ríos en su "Guía de Madrid" (1876), de manera más provechosa para los intereses generales, esto es, trazando un viaducto que no sigue el eje del palacio, sino como prolongación de la calle Bailén, con el fin de unir los barrios de Palacio y San Francisco. De este modo en 1861 el ayuntamiento aprobó la apertura de la calle de Bailén hasta su encuentro con la Basílica de San Francisco el Grande, lo que también implicaba el derribo del caserío que se interponía en su trazado, como la Iglesia de Santa María de la Almudena, la más antigua de Madrid y según cuentan las crónicas antes que parroquia cristiana fue mezquita. Las obras, que concluyeron en 1883, llevaron aparejadas la construcción entre 1872 y 1874 de un primer viaducto con una innovadora estructura de hierro, realizado por Eugenio Barrón. El viaducto actual fue construido entre 1931 y 1934 por los arquitectos Ferrero, Aracil y Aldaz con una imponente estructura de hormigón.