1960年建新城子区。2006年更名为沈北新区。
1996年，新城子区面积849平方千米，人口29.9万人。辖2个街道、5个镇、7个乡：新城子街道、清水台街道、道义镇、虎石台镇、蒲河镇、清水台镇、兴隆台锡伯族镇、新城子乡、黄家锡伯族乡、石佛寺朝鲜族锡伯族乡、尹家乡、财落堡乡、望宾乡、马刚乡。区政府驻新城子街道。
1998年，省政府（辽政[1998]61号）批准：撤销财落堡乡，设立财落镇。
2000年第五次全国人口普查，新城子区总人口304230人，其中：新城子街道41335人、清水台街道17195人、财落镇19730人、道义镇23950人、虎石台镇65630人、蒲河镇14928人、清水台镇18817人、兴隆台锡泊族镇12513人、新城子乡31173人、黄家锡伯族乡18080人、石佛寺朝鲜族锡伯族乡11015人、尹家乡13760人、马刚乡10530人、望滨乡5574人。
2002年前后，新城子区辖2个街道、6个镇、4个乡、2个民族乡，26个社区、211个行政村。
2002年12月13日，辽政[2002]323号批复：1.撤销望滨乡，调整马刚乡行政区域。将原望滨乡所辖的曾子沟、章子沟、黑林子、合心、房身沟、山城子6个村（区域面积25.85平方千米）划入马刚乡。区划调整后，马刚乡政府驻地（柳条河村）不变，区域面积103.5平方千米，辖19个村委会。2.调整蒲河镇行政区域。将原望滨乡所辖的望滨、南三家子、东四家子、闫家、古砬子、湾沟6个村（区域面积25.12平方千米）划入蒲河镇。区域调整后，蒲河镇政府驻地（蒲河村）不变，区域面积81.09平方千米，辖26个村委会。至此，新城子区辖2个街道、6个镇、3个乡、2个民族乡：新城子街道、清水台街道、道义镇、虎石台镇、清水台镇、蒲河镇、兴隆台锡伯族镇、财落镇、尹家乡、新城子乡、马刚乡、黄家锡伯族乡、石佛寺朝鲜族锡伯族乡，以及青年农场、前进农场、育新农场。
2006年3月，沈阳市政府批准：新城子区和沈阳辉山农业高新技术开发区合署办公，设立沈北新区。东陵区辉山街道（即沈阳辉山农业高新技术开发区）在建制上划归沈北新区管辖；蒲河镇和马刚乡部分行政区域（即原新城子区望滨乡和蒲河镇的莲花、新屯、马庄子3个村），东陵区高坎镇、满堂满族乡和英达街道部分区域为沈阳棋盘山国际风景旅游开发区（不是正式行政区）管理区域，其中东陵区高坎镇和满堂满族乡在建制上由沈阳棋盘山国际风景旅游开发区代管。2006年10月8日，民政部《关于辽宁省沈阳市新城子区更名为沈北新区的批复》（民函[2006]300号）批准：同意将沈阳市新城子区更名为沈北新区。
2007年1月19日，辽宁省政府（辽政[2007]18号）批准：同意撤销财落镇、道义镇建制，保留财落、道义街道办事处；撤销虎石台镇、蒲河镇，设立虎石台、蒲河街道办事处。
2007年12月24日，沈阳市政府批准（沈政[2007]261号）同意撤销辉山街道办事处和蒲河街道办事处，合并设立辉山街道办事处。合并后的辉山街道办事处区域面积88.28平方千米，辖20个社区，人口9.3万人，办公地址：辉山大街123号。四至为：南起东陵区与沈北新区两区在东陵区满堂街道上水村西交会点，向东再向北经满堂村、小李沟村、辉山村、蒲河街道莲花村、新屯村、望滨村、马刚乡洋什村、松树村、石山子村至马刚乡、清水台镇南交界点；再向西经清水台镇泥沟堡、东五旗、中五旗、崔公堡至崔公堡与虎石台镇小望村交会点；然后向南经虎石台镇小望村、中古城子、柳岗、东陵区前进街道大志村、皮台村、小东沟村至小东沟村东公路涵洞；再向东经东陵区英达街道长岭子村、东沟村、北沟村至起点。
2007年12月26日，省政府批准（辽政[2007]236号）同意设立望滨街道办事处，辖原蒲河街道办事处望滨村、南三家子村、闫家村、东四家子村、古砬子村、湾沟村，原马刚乡章子沟村、曾子沟村、黑林子村、合心村、山城子村、房身沟村、邱家沟村。区划调整后，望滨街道办事处辖13个村，区域面积50.6平方千米，实行街道管村体制；蒲河街道办事处辖12个村，区域面积63.59平方千米，实行街道管村体制；马刚乡辖12个村，区域面积34平方千米。（注：望滨街道办事处由沈阳棋盘山国际风景旅游开发区代管）
2010年12月29日，沈阳市民政局《关于沈北新区撤乡镇设街道办事处公告》：根据《国务院关于行政区划管理的规定》，经省政府批准，撤销沈北新区新城子乡、马刚乡、石佛寺朝鲜族锡伯族乡、黄家锡伯族乡、尹家乡、兴隆台锡伯族镇和清水台镇，分别设立沈北街道办事处、马刚街道办事处、石佛寺街道办事处、黄家街道办事处、尹家街道办事处、兴隆台街道办事处和清泉街道办事处，所辖区域面积和办公驻地不变，实行街道管村体制。
至此，全区辖14个街道：新城子街道、清水台街道、辉山街道、道义街道、虎石台街道、财落街道、望滨街道、兴隆台街道、清水台街道、沈北街道、黄家街道、石佛寺街道、尹家街道、马刚街道。其中，辉山街道、道义街道、虎石台街道由蒲河新城代管，望滨街道由沈阳棋盘山国际风景旅游开发区代管。区政府驻新城子街道中央路64号。