Từ đường Yên Phụ đến phố Phan Đình Phùng (số nhà 36), cắt ngang qua các phố Phó Đức Chính, Phạm Hồng Thái, Nguyễn Trường Tộ, Quán Thánh, qua cổng nhà máy điện Yên Phụ cũ.
Đây là con đường có từ xưa, bắt đầu từ cửa ô Yên Tĩnh (ngã ba đường Yên Phụ phố Cửa Bắc đến giữa thế kỷ XIX thì đổi tên là cửa ô Yên Định) chạy thẳng tới cạnh phía Đông của mang cá bảo vệ cửa Chính Bắc Môn (di tích còn lại ở phố Phan Đình Phùng) của thành Thăng Long đời Nguyễn. Thành này xây từ năm 1803 đến năm 1805 thì xong. Thành hình vuông xây bằng gạch vồ, mở ra thành năm cửa: Chính Bắc, Chính Tây, Chính Đông, Đông Nam và Tây Nam. Bên ngoài mỗi cửa thành có một cái dương mã thành còn gọi là mang cá là một loại cộng sự gồm hai bức tường xây vuông góc để bảo vệ cửa thành ở mé ngoài. Xung quanh thành là một hệ thống hào bao quanh bề rộng tới 15m, do đó từ ngoài đi vào thành phải qua hai cái cầu, một xây ngang hào ở ngoài cửa thành chính (riêng mặt Bắc thành này, hào là một khúc của sông Tô Lịch).
Phố Cửa Bắc ngày nay trùng với con đường chạy thẳng tới cửa mang cá (mở ở tường phía Đông, nay ở vào khoảng trước của trường Trung học Phan Đình Phùng), tiếp đó con đường này bẻ quặt về phía Tây để vào cửa Chính Bắc (xem mục Phan Đình Phùng).
Dọc phố Cửa Bắc này còn có nhiều đình chùa là đâu vết của các thôn xóm cũ: số nhà 18 là đình Yên Định thờ Uy Linh Lang, một hoàng tử có công chống giặc Nguyên (xem mục Phó Đức Chính). Số nhà 29 là chùa Phổ Quang, ngôi chùa của thôn Yên Canh cũ. Số nhà 48 là đình Yên Canh thờ Triệu Quang Phục, người anh hùng chống giặc ngoại xâm hồi thế kỷ thứ V. Số nhà 66 là đình Yên Viên. Như vậy là phố Cửa Bắc đã đi qua địa phận các thôn: Yên Định, Yên Canh, Yên Viên tức là ba thôn của tổng Yên Thành, huyện Vĩnh Thuận cũ.
Thời Pháp thuộc là đường số 52 (voie N052), năm 1909 đổi thành phố Yên Thành, năm 1919 đổi thành phố Đỗ Hữu Vị, năm 1945 đổi thành phố Cửa Bắc cho đến nay. Ở cuối phố có Trường Sư phạm cùng tên, đào tạo giáo viên bậc tiểu học cho toàn xứ Bắc Kỳ. Trường đó nay trở thành Trung học phổ thông Phan Đình Phùng.
