Улица получила свое название 26 января 1970 года в честь революционераП. Е. Дыбенко. Ранее, с 1969 года, обозначалась в проектной документации под рабочим названием Заречная улица[1].
Застройка этой территории жилыми домами началась в конце 1960-х годов. В 1972 году через реку Оккервиль был открыт мост Дыбенко[2]; ради его постройки было изменено русло реки — ранее они протекала чуть восточнее. Название моста официально не присваивалось, оно возникло в 1970-х годах[3].
Согласно проекту детальной планировки, утвержденному в 1971 году, улица Дыбенко должна была пересекать Дальневосточный проспект и проходившую вдоль него железную дорогу по путепроводу. Ради него сделали задел: боковые проезды улицы Дыбенко возле дома 11 симметрично отдаляются от основной проезжей части, чтобы была возможность устроить въезд на путепровод. Однако путепровод так и не был построен, а актуальным генеральным планом Санкт-Петербурга строительство здесь транспортной развязки не предусмотрено[4].
В 1987 году на перекрёстке проспекта Большевиков и улицы Дыбенко была открыта станция метро «Улица Дыбенко». Она расположилась на территории парка Есенина.
Ранее начальный участок улицы Дыбенко был тупиковым — от Октябрьской набережной до железнодорожных путей, которые проходили вдоль Дальневосточного проспекта. В 2022 году застройщик жилого комплекса на улице Дыбенко, 8, построил северную половину 300-метрового участка от Дальневосточного проспекта на запад[5], а в 2023 году ожидается завершение строительства южной половины. В будущем город намерен найти возможность для прокладки участка до Октябрьской набережной[6][7].
В квартале юго-восточнее пересечения улицы Дыбенко с проспектом Большевиков было запланировано строительство технопарка «Ингрия». Реализация проекта остановилась примерно в 2012 году на стадии инженерного обеспечения. В 2021 году власти сообщали, что прорабатывают различные варианты реализации проекта, в том числе с привлечением частных инвестиций[8].
Горбачевич К. С., Хабло Е. П. Почему так названы?: О происхождении названий улиц, площадей, островов, рек и мостов Ленинграда. — 3-е изд., испр. и доп. — Л.: Лениздат, 1985. — С. 122. — 511 с.
Горбачевич К. С., Хабло Е. П. Почему так названы?: О происхождении названий улиц, площадей, островов, рек и мостов Санкт-Петербурга. — 4-е изд., перераб. — СПб.: Норинт, 1996. — С. 82. — 359 с. — ISBN 5-7711-0002-1.
ул.Дыбенко // Городские имена сегодня и вчера: Петербургская топонимика / сост. С. В. Алексеева, А. Г. Владимирович, А. Д. Ерофеев и др. — 2-е изд., перераб. и доп. — СПб.: Лик, 1997. — С. 44. — 288 с. — (Три века Северной Пальмиры). — ISBN 5-86038-023-2.