1922年春，奉天省长兼财政厅长王永江根据张作霖的指示，开始筹办东北大学。原国立沈阳高等师范学校中的理工科被改办为东北大学理工学院，而原奉天法政学堂则改为东北大学文法学院。王永江同时担任了东北大学的首任校长，学校初期有学生480余人。文法学院设有中国文学系、英文学系、俄文学系、法律学系、政治学系；理工学院则设有数学系、物理学系、化学系、土木工学系、机械学系，并成立了东北大学筹委会。1923年4月19日，奉天省公署颁发了“东北大学之印”，并于4月26日正式启用，东北大学正式成立。

1949年3月，东北行政委员会决定以东北大学工学院和理学院为基础，建立沈阳工学院。1950年8月，学校正式更名为东北工学院，并隶属于国家冶金工业部，校址设在沈阳南湖。著名冶金专家靳树梁于1950年4月担任东北工学院首任院长，当时学生人数达到12936人，教师人数为2428人。

1981年，东北工学院被国家确定为首批具有学士、硕士和博士学位授予权的高校。1986年4月，经国务院批准，东北工学院成为国家33所试办研究生院的大学之一，标志着学校在高层次人才培养方面取得了重要进展，也标志着学校正式进入第一层次大学的行列。

1996年，东北大学被国家列为首批“211工程”重点建设高校，秦皇岛分校也一同进入“211工程”行列，学校开始获得国家的重点支持。1998年，东北大学成为国家首批“985工程”大学之一，并划归教育部直属管理，秦皇岛分校也同步划入教育部直属。2017年1月，东北大学被选为辽宁省一流大学重点建设高校中的“世界一流大学重点建设高校”。同年9月，东北大学被选为国家首批“双一流”（世界一流大学和一流学科）建设高校。