До 1930-х годов улица носила название 1-я Запольная. Ее переименовали на основании протокола № 34 заседания Исполнительного Комитета городского Совета депутатов трудящихся от 31.10.1940 года.

Улица Запольная в последние годы изменилась коренным образом. Она стала оживленной транспортной артерией Тюмени. Проектировщики начали работу над проектом ее реконструкции еще в сентябре 2006 года.

В качестве одного из предложений рассматривалось соединение Запольной улицы с Товарным шоссе, которое хотели пробивать через территорию между ДК «Железнодорожник» и стадионом «Локомотив». Этот проект был связан со значительным сносом, поэтому в конечном итоге приняли более смелое и более рациональное решение — проложить дорогу от Запольной по логу и вывести ее на улицу Чернышевского.

Тогда предусматривалось устройство простого перекрестка с улицей Первомайской, но после многовариантной проработки было вынесено решение о проектировании на этом участке полноценной транспортной развязки. Окончательный вид развязки – «неполный клеверный лист» - был утвержден в декабре 2007 года.

После этого проектировщики взялись за работу, которая включала ряд сложных инженерных решений: проектирование двух эстакад и путепровода, их увязку в плане и профиле со сложным рельефом местности, перенос русла реки Тюменки и заключение ее в трубы, устройство подпорных стен, вынос инженерных коммуникаций из тела насыпи улицы Первомайской, строительство ливневой канализации и очистных сооружений.

На участке улицы Запольной (от Грибоедова до Чернышевского) устроено шесть полос основного направления плюс переходно-скоростные полосы. Реконструкции частично подверглась и улица Первомайская: на небольшом участке от Товарного шоссе до Вокзальной сделано расширение проезжей части для устройства переходно-скоростных полос.

Попутно была ликвидирована так называемая «пьяная дорога», выезд с улицы Вокзальной на Первомайскую, что значительно повысило безопасность движения на этом участке. В ходе реконструкции под снос попали большое количество капитальных строений – в общей сложности 85 жилых домов частного сектора. Кроме того, были снесены некоторые гаражи, расположенные в логу, и почти все здания на территории Завода пластмасс.

В июне 2015 года состоялось открытие прямого движения на пересечении улиц Запольной и Первомайской после реконструкции. 20 сентября 2016 года был открыт прямой выход с улицы Запольная в район Дома Обороны на улицу Чернышевского.

Сегодня Запольная начинается от улицы Гранитной, идет по бывшему логу речки Тюменки до улицы Первомайской с большой транспортной развязкой, затем пересекает улицы Грибоедова, Достоевского, Миусскую, и заканчивается, упираясь в развязку «Стрела» (Трактовая-Мориса Тореза).

На пересечении с улицей Первомайской находятся дворец культуры «Железнодорожник», Музей истории Тюменского отделения СвЖД, Торговый павильон середины ХХ века. Рядом с ДК «Железнодорожник» расположен памятник Паровоз ФД-3031.

В 2024 году продолжиться работа по изъятию земельных участков на улице Запольной для муниципальных нужд. Проектная документация по расширению улицы была разработана и одобрена госэкспертизой.

При движении по Запольной в сторону улицы Мориса Тореза регулярно образуются заторы. О планах расширения дороги на ул. Запольной с четырех до шести полос движения сообщил в ноябре 2023 г. губернатор Тюменской области Александр Моор. Он уточнил, что изымать участки для реализации этого проекта начнут в 2024 г. При это все основные работы запланированы на 2025-2026 гг.