Овраг получил своё название от реки Почайны, исток которой располагается в овраге. Река Почайна была заключена в коллектор в 1839 году.[1]
Упоминания о Почаинском овраге встречаются в документах XVII века[2]. Впервые овраг был отмечен на плане Нижнего Новгорода 1770 года. Краевед Николай Храмцовский писал в середине XIX века:[3]
«Позади Малой Покровки, к северу, против самого ее изгиба, начинается овраг. В нем-то из-под камня и выбегает ручей, названный основателем Нижнего Новгорода в память киевских урочищ рекой Почайной. Он протекает сначала открыто по оврагу, потом, в Почаинской улице, скрывается в трубах, проведенных в Волгу»
В 1834—1838 годах для предотвращения оползней, через овраг, по проекту Бориса Лыкова, была построена дамба, соединившая центр города и Започаинье[4].
В годы Красного террора и Сталинских репрессий в овраге были расстреляны многие нижегородцы, в том числе, в ночь с 6 на 7 ноября 1918 года, в овраге расстреляли настоятеля Печерского монастыря епископа Лаврентия (Князева), настоятеля кафедрального Спасо-Преображенского собора протоиерея Алексея Порфирьева и предводителя Нижегородского дворянства Алексея Нейдгардта. Тела расстрелянных либо вывозили на Мочальный остров, либо хоронили прямо в овраге. Точное количество захороненных неизвестно[5].
Впервые память репрессированных в овраге почтили в 1993 году. В 2017 и 2019 годах около Студенческого мостика устанавливали поклонные кресты, но впоследствии мемориалы были уничтожены. В 2017 году установивших крест препроводили в полицию за якобы имевшее место административное правонарушение[6][7].