Улица Панфилова начинается от улицы Алабяна, продолжая улицу Зорге. Улица проходит на север параллельно путям Малого кольца Московской железной дороги, расположенным слева. Справа к улице Панфилова примыкают улицы Левитана и Врубеля. Заканчивается улица пересечением с Волоколамским шоссе, за которым она переходит в улицу Константина Царёва.
Ранее в районе улицы Панфилова находилась Большая Всехсвятская роща. В 1908 году здесь прошла линия Окружной железной дороги и была открыта станция Серебряный бор.
Улица Панфилова появилась в начале 1950-х годов во время активной застройки окрестных районов. Тогда был выстроен квартал из 17 корпусов многоэтажных сталинских домов между улицами Панфилова и Левитана. Авторы проекта застройки 3. Розенфельд, Н. Швец и А. Болонов[1]. В 1952 году на улице была открыта школа № 693. Она расположилась в здании, построенном по типовому проекту Л. А. Степановой (с 1976 года там размещается кулинарный техникум).
В 1953 году улице было дано название 2-я улица Левитана (по улице Левитана, находящейся рядом). 9 мая 1960 года переименована в память об Иване Васильевиче Панфилове (1893—1941) — военачальнике, Герое Советского Союза. Во время Великой Отечественной войны командовал 316-й стрелковой дивизией, которая защищала подступы к Москве на Волоколамском направлении. Погиб в бою 16 ноября 1941 года в районе разъезда Дубосеково.[2]
В результате реализации проекта «Большая Ленинградка» автобусы стали следовать односторонним кольцом, в результате чего транспортное сообщение на улице восстановлено и назначена остановка «Улица Панфилова, 16».
У пересечения улиц Панфилова и Алабяна расположена станция «Панфиловская» Московского центрального кольца.