La voie gallo-romaine (compendium) reliant Lyon à Vienne passait à proximité de cette rue, comme en témoigne la découverte du mausolée des Voconde Jucundius en 1973.

La rue Dumoulin (ou rue du Moulin) est ouverte à partir de 1842 dans le cadre du lotissement du Prado. Un rapport de voirie daté de 1852 témoigne que les lotisseurs ont tracé leurs voies en respectant le plan général d'alignement de la commune, et ont bénéficié en contrepartie de matériaux de remblais fournis gratuitement par la ville. Les terrains auraient été cédés officiellement à la ville en 1850-1851. L'aménagement d'une petite place au croisement avec la rue d'Anvers par l'imposition systématique du pan coupé aux constructions d'angle témoigne d'une démarche d'embellissement urbain.

Sur le Projet d'ouverture de rues de 1842-1844, la rue Dumoulin est dotée d'un prolongement projeté jusqu'au Rhône, à travers les clos de la Vitriolerie et de la Cristallerie. Cette portion de rue, jamais réalisée, a porté brièvement le nom de rue de la Cristallerie. Elle est définitivement abandonnée après l'ouverture de la rue de l'Université.

Autour de 1900, la rue Dumoulin est élargie à l'approche de l'avenue Jean-Jaurès grâce à plusieurs cessions successives de terrains par voie d'alignement (AC Lyon, 321 WP 85/3). En 1960, elle prend le nom du père Antoine Chevrier (1826-1879), fondateur de l’œuvre du Prado dont la maison-mère est établie en bordure de rue. Vers l'an 2000, le petit tronçon représentant l’extrémité ouest de la rue est privatisé au cours de l'opération de restructuration du foyer Notre-Dame des Sans-abri. De ce fait, la rue prend fin aujourd'hui dans la rue Sébastien-Gryphe.