Начинается в начале улицы Богдана Хмельницкого вблизи центральной части города, направляется на северо-запад в сторону посёлка Брюховичи, заканчиваясь за чертой города. Между Замарстыновской улицей, проспектом Чорновила, Торфяной улицей и улицей Райниса в советское время был обустроен парк 700-летия Львова. Застройка улицы — классицизм, сецессия, польский конструктивизм 1930-х годов и советский 1960—1970-х годов.
Во второй половине XVII века улица Каменные Мосты (каменный мост через искусственный рукав Полтвы стоял на углу современных Замарстыновской и Лемковской улиц).
С 1871 года Замарстыновская по названию этой местности (в XV веке было поместье Зоммерштайнгоф немца Ивана Зоммерштайна). Часть улицы от ул. Хмельницкого до ул. Дашкевича до 1931 года имела название Львовская.
Конец 1945 года — 1946 год — Киевская улица.
1946—1990 годы — улица Калинина, в честь советского государственного деятеля Михаила Калинина.
№ 7—9. Во время Данила Галицкого на этом месте стояла армянская церковь Святого Креста. В 1671 году армяне передали монахам-театинцам помещения при ней, оставив себе церковь и кладбище, а через семьдесят пять лет театинцы продали эту недвижимость монахам-миссионерам. В 1780 годы австрийские власти секуляризировали монастырь, в его помещениях были устроены сначала госпиталь, после — политическая тюрьма, затем казармы, позже вновь — тюрьма, но уже военная. Здесь же находился гарнизонный суд. Ныне здание бывшей Замарстыновской тюрьмы занимает юридический факультет Львовского государственного университета внутренних дел.
№ 11: до Великой Отечественной войны — польские мужская и женская гимназии имени Собеского, в 1950-х годах — школа № 19 с русским языком преподавания, позже — украинская средняя школа № 87.
№ 20: отдел социальной защиты населения.
№ 30: с советского времени — почтовое отделение.
№ 36: с советского времени — отделение Сбербанка.
№ 49: с советского времени — Государственная станция защиты растений.
№ 53: редакция «Львовской газеты».
№ 83: в 1950-е годы — 8-е районное отделение милиции и мебельная артель, с 1960-х поликлиническое отделение Львовского кожно-венерологического диспансера.
№ 84: с советского времени — участковый пункт милиции.
№ 85: Львовский государственный проектно-изыскательский институт железнодорожного транспорта Украины «Львовтранспроект».
№ 112: в польские времена — польские мужская и женская гимназии имени Словацкого, в 1980-е — Дворец пионеров Шевченковского района.
№ 127: в 1950-е годы — вторая городская пожарная команда, позже — Львовская фабрика швейных спортивных изделий.
№ 128: в советское время — трамвайно-диспетчерский пункт.
№ 130: в 1949 году здесь был открыт кинотеатр имени Шевченко, закрытый в годы независимости Украины.
№ 132: в 1950-е годы — украинская средняя школа № 78 и неполная русская средняя школа № 48.
№ 134. В польское время — римско-католический храм и монастырь Святого Франциска Ассизского, построенные в 1930-х. В советское время — фильмохранилище, в кельях — жилье. С 1990-х годов прошлого столетия здесь находится храм Святого Иосафата УГКЦ. За храмом находится небольшой парк, на месте которого до начала 1960-х был бассейн.
№ 167: с 1990-х годов — экологический колледж.
№ 168: с 1950-х годов — Сельскохозяйственный техникум плодоовощеводства.
№ 170: с советского времени — Львовский инструментальный завод.
№ 219: с советского времени — музыкальная школа № 3, до 1980-х здесь был также дом культуры Шевченковского района.
№ 225: в польское время — монастырь Святого Альфонса ордена редемптористов, построенный в 1930-х годах; в советское время монастырь был разрушен (кроме ограды), но вновь отстроен в конце 1990 — в начале 2000 годов.
№ 233: православная часовня Покровы Пресвятой Богородицы при больнице управления МВД.