Øster Voldgade går langs med den gamle vold, der blev anlagt i 1600-tallet, som en udvidelse af det befæstede København.
Den sydligste del af gaden går mellem Kongens Have og de store parker Botanisk Have og Østre Anlæg.
Langs Kongens Have ligger dels Livgardens Kaserne, dels bygninger, der har hørt til Rosenborg Slot.
Ved den nordlige del af gaden går ligger nyere bygninger, der nu bl.a. bruges af Københavns Universitet (billedet herunder).
De blev oprindeligt opført til Danmarks Tekniske Højskole og er tegnet af Oluf Gjerløff-Knudsen (1899-1980). Planer om udvidelse i slutningen 1950’erne, der ville have betydet nedrivning af det tidligere garnisonssygehus i Rigensgade, blev ændret så højskolen i stedet flyttede alle sine aktiviteter til Lundtofte nord for København.
Som en reference til Sankt Anna Rotunda Kirke, der i 1600-tallet blev påbegyndt på stedet, er en del af universitetsbygningen rund, ligesom kirken skulle have været.
På hjørnet af Stokhusgade ligger en tidligere tobaksfabrik i Øster Voldgade 12. Huset kaldes i dag Jonshus, efter den islandske nationalhelt Jon Sigurdsson (1811-1879), der arbejdede for Islands selvstændighed. I bygningen ligger Islands Kulturhus.
Den nordligste del af Øster Voldgade går forbi Nyboder. Denne bydel blev udbygget i flere omgange og længerne nord for Hjertensfrydsgade og Elsdyrgade er opført i 1780’erne.
Området her kaldtes for Grønland, fordi der overfor en mølle på volden, der hed Grønlands Mølle. Øster Voldgade hed på dette sted Grønlandsgade.
På hjørnet af Rigensgade ligger en lille, trekantet plads. Her lå Østerport, inden den omkring 1700 blev flyttet lidt længere nordpå ved krydset mellem Øster Voldgade og Store Kongengade.
Den nordligste del af Øster Voldgade hed oprindeligt Grønlandsgade. Den havde ikke noget at gøre med landet Grønland, men navnet opstod fordi området var ubebygget og sikker bevokset med grønt græs. Området har sikkert også givet navn til Grønningen.
Ved hjørnet af Rigensgade stod indtil omkring 1700 Københavns Østerport. Da Store Kongensgade blev udfaldsvejen mod nord, blev porten flyttet, så den lå hvor krydset mellem Øster Voldgade og Grønningen er i dag.
Ved Rigensgade lå et krudtmagasin. Det sprang i luften i 1779, så syv af Nyboders beboere blev dræbt og 47 såret. Man indså, at magasinet ikke skulle ligge tæt på bebyggelse, så der blev i stedet opført en række krudtmagasiner langs Amager Strandvej og ved Amagers sydkyst.
Tæt på Oslo Plads ligger Nyboder Skole.