Navnet Gammelholm fortæller bydelens forhistorie. Området er den gamle flådehavn Bremerholm, hvor Flådens havn og skibsværft lå på en ø, der var adskilt af Dybet. Det gik omtrent hvor Dybensgade er i dag.
Flåden flyttede i 1700- og 1800-tallet efterhånden til Nyholm nord for Christianshavn, hvor der var bedre plads. Gammelholm blev derfor betegnelsen for den oprindelige flådestation.
Navnet hang imidlertid ved, da Flåden omkring 1860 helt havde forladt området. Man besluttede at opføre et boligkvarter på arealerne, i stedet for de havnebassiner, magasiner, reberbane osv., der havde ligger her i flere hundrede år.
Arkitekten bag det første (ikke realiserede) forslag til bydelens bebyggelse, Gustav Friedrich Hetsch (1788-1864), skrev at gader og pladser i det ny kvarter “ville blive de smukkeste i hele Kjøbenhavn”.
Det blev overladt til arkitekten Ferdinand Meldahl (1828-1908) at lave en plan for områdets bebyggelse. Hans plan ses herover. Man ville gerne skabe en mondænt kvarter, men samtidig udnytte pladsen til så mange boliger, som muligt.
Meldahl ønskede sig brede, boulevardagtige gader, efter parisisk forbillede, men hensynet til økonomien vejede tungere. Der skulle bygges så intensivt, som muligt.
Det lod sig derfor ikke gøre, at bevare Botanisk Have, som siden 1700-tallet havde ligger bag ved Charlottenborg. Efter voldene omkring København var nedlagt som forsvarsværker, kunne der blive plads til haven på Østervold, hvor den ligger i dag.
Den første bygning i den nye Gammelholm-kvarter, var Navigationsskolen i Havnegade. Snart efter fulgte byggeri på Holmens Kanal, der var anlagt som gade omkring 1860 oven på den oprindelige kanal.
Her opførte bl.a. Nationalbanken sit nye kontorhus og et af byens første stormagasiner, Grøns Pakhus, placerede sig i det nye og mondæne kvarter.
I de kommende årtier voksede kvarteret frem med ca. 100 ejendomme i de ni gader, der blev udlagt. Udbygningen var ved slutningen af 1870’erne så godt som fuldført.
Bygningerne havde efter datidens målestok store lejligheder, og var præsentable til gadesiden. Men kvarteret blev bebygget meget tæt og i baggårdene kom der en del baghuse, som fik bebyggelsesprocenten til at være blandt de højeste i storkøbenhavn.
Alligevel hed det i tidsskiftet Illustreret Tidende i 1876 om kvarteret, at det for øjeblikket er “byens mest elegante og fashionable”. Nogle år efter viste det sig, at Gammelholm var den bydel i København, hvor der blev betalt mest i indkomstskat pr. indbygger.
Den Kongelige Mønt havde siden midten af 1700-tallet haft til huse på Gammelholm. Men med den nye plan for kvarterets gader i 1860’erne, kom dens bygning til at “ligge i vejen”, og Ferdinand Meldahl og Ludvig Fenger tegnede en ny. Den gamle mønt-bygning ses på kortet (herover) ved krydset mellem Holbergsgade og Herluf Trolles Gade.
Gammelholms gader fik navne, dels efter søhelte, dels efter skuespilforfattere, hvis værker blev spillet på Det Kongelige Teater, der ligger i kanten af bydelen.