De Molenbeekstraat ligt in het dorpscentrum op de rechteroever van de Molenbeek en volgt de loop van de beek. Ze vormt een onderdeel van een verbindingstraject dat op de 18de-eeuwse Ferrariskaart de verschillende molens op de Molenbeek verbond. De straat vertrekt vanaf Beling ten westen, kent vervolgens een gebogen verloop en eindigt bij de Alsembergsesteenweg terwijl de Sint-Laureinsborreweg zich even tevoren afsplitst en de beek verder volgt in oostelijke richting.

De Belingmolen, aan het westelijke uiteinde van de straat, is de oudste graanmolen van Dworp. De Molenbroekmolen en brouwerij Winderickx (nummer 24) staan op de kruising van de Molenbeekstraat en de Brouwerijstraat. Een papiermolen werd hier opgericht in 1551, aangevuld met een molenaarshuis en een "camme" en "estaminee". De camme evolueerde in de 19de eeuw tot de brouwerij Winderickx met indrukwekkend gebouwenbestand. Begin 21ste eeuw werden de Molenbroekmolen en de brouwerij verbouwd tot een woningcomplex.

De Paesmansmolen op nummer 34, een dubbelmolen met de Molenbroekmolen, werd in 1602 opgetrokken. In 1856 werd de molen omgebouwd tot graanmolen. De molen bleef tot 1980 als dusdanig dienst doen. De provincie Vlaams-Brabant liet reeds in 1977 de zijtak van de Molenbeek die zowel de Molenbroekmolen als de Paesmansmolen van water voorzag, dempen en het sluiswerk afbreken. Enkel het woonhuis blijft van de molensite over.

De straat wordt verder gekenmerkt door de fraaie cluster gevormd door een classicistische burgerhuis met aansluitend het voormalige café en kruidenierszaak 'De Merlo' en de Slootmanskapel.