三万年前，沈阳地区在旧石器时代已有人类活动。
7200年前，有中华民族的分支先民（太阳鸟图腾文化）在此农耕渔猎，繁衍生息，创造出新乐文化。
公元前300年，燕国将领秦开率军驱逐东胡，在此地筑候城（候，是斥候的候，为瞭望之意）。顾名思义，“候城”即为瞭望之城，隶燕辽东郡襄平县。此为沈阳建城史之初，距今已2300余年。
公元前221年，秦始皇统一中国后，分天下为三十六郡，沈阳隶属辽东郡（辽阳）。
西汉时期，已有史书称之为“候城”，隶属汉辽东郡（辽阳），为辽东郡中部都尉的治所，说明“候城”在西汉时期已经规模颇大。唐代改称“沈州”。五代时期，辽太祖移民到此，修筑土城，生产随之发展。金代时期，金太祖攻占沈州，沿用“沈州”之名。
元朝元贞三年（1296年），元代重建土城，改沈州为“沈阳路”，归辽阳行省管辖。这里的“沈阳”是取沈州和辽阳各一字而成，与“沈水之阳”关系不大。从此，“沈阳”这一名称正式出现在史料上，距今已有七百余年的历史。
明朝洪武十九年（1386年），明朝改称“沈阳路”为“沈阳中卫”。
天命十年（1625年），清太祖努尔哈赤把都城从辽阳迁到沈阳中卫，并在沈阳内着手修建皇宫（今沈阳故宫）。这是沈阳历史性的转折，从一个军事卫所，一跃成为盛京皇城，逐步发展为东北中心城市。
天聪元年（1627年），清太宗皇太极大规模扩建沈阳城，在沈阳修建盛京八门。
天聪八年（1634年），清太宗皇太极尊沈阳为“天眷盛京”，故称“盛京”。
崇德元年（1636年），蒙古归顺清朝，用白骆驼驮着蒙古圣物——吗哈噶喇金佛、传国玉玺来沈阳。清太宗皇太极敕建莲花净土实胜寺，因其是清皇室家庙，因此又称皇寺。
崇德八年（1643年），清太宗皇太极敕令，以沈阳古城为中心，修建东、西、南、北四塔四寺，意让四塔四寺护佑人民，确保“奉国安民，五福斯来”。
顺治元年（1644年），清世祖福临迁都北京后，盛京（今沈阳）为陪都。
顺治十四年（1657年），以“奉天承运”之意在盛京城（今沈阳）设奉天府，沈阳又名“奉天”。中国清朝时期，全国只有在北京城设顺天府，盛京城奉天府跟其并称，可见规格之高。
宣统三年（1911年），辛亥革命后，沈阳成为奉系军阀统治的首府
民国十二年（1923年），正式设立奉天市政公所，沈阳首次出现市的建制
民国十六年（1927年），党的“八七”会议后，党中央为了统一对东北党组织的领导，决定派陈为人组建中共满洲省委。
民国十七年（1928年）9月，中共满洲省临委在沈阳召开了东北地区第三次党员代表大会，大会决定将中共满洲省临委改为中共满洲省委。陈为人、刘少奇、陈潭秋、罗登贤等先后担任省委书记。
民国十八年（1929年）2月5日，南京国民党政府改奉天省省名为辽宁省；4月2日，改“奉天市”为“沈阳市”。
民国二十年（1931年），日本帝国主义发动“九·一八事变”并侵占沈阳后，又将“沈阳市”改为“奉天市”。
民国三十四年（1945年），抗日战争胜利，东北光复，“奉天市”恢复“沈阳市”名称。
民国三十七年（1948年）11月2日，沈阳正式解放。
1953年，沈阳市改为中央直辖市。
1954年，沈阳市改为辽宁省辖市。
1964年，中共辽宁省委决定设立沈阳专区。
1993年，原铁岭市的法库、康平县划归沈阳管辖，新民县撤县建市。
1994年，沈阳市升格为副省级市。
2002年，沈阳经济技术开发区并入铁西区。
2006年，沈北新区成立。
2014年6月17日，经国务院批准，同意将沈阳市东陵区更名为浑南区。
2016年1月，辽中县撤县设区。
