秦汉至唐朝期间，辽宁地区始终在中原王朝控制之下。至北宋时期，宋朝失去辽宁及燕云十六州，中原地区面临辽国的严重威胁。吉林、黑龙江等地则是双方争夺的焦点。一旦中原王朝衰落，北方游牧政权便会重新控制黑、吉等地。
1279年，元朝统一全国，疆域辽阔。由于元朝继承唐宋的州县制，难以有效管理各地区。
为此，元朝借鉴金国行尚书台的经验，实行行省制度，将全国划分为十个行省，如河南江北行省、湖广行省、辽阳行省等。
当时，辽阳行省统辖东北各地。明太祖朱元璋建立明朝后，继承了元朝的行省制度，并对其进行了优化。
明朝设有南北两个都城，形成了南北直隶和13个省的行政区划。在明朝统治下，东北设立了奴儿干都司，并修建了永宁寺，留下了“敕建永宁寺记”和“宣德八年重建永宁寺记”两块石碑。
17世纪中期，清朝逐步击败了各地的农民起义军和南明政权，确立了统治地位。清朝共设有18个省份，形成了汉地18省的说法。
1905年，日俄战争爆发，战争目的直指清朝东北地区。为巩固边陲，加强对东北地区的管理，1907年，清朝在东北地区设立了奉天省、吉林省和黑龙江省。
1912年清朝覆灭后，我国步入军阀割据时期，东北地区由奉系军阀统治。同年，热河省成立，管理东北部分区域，与东北四省的说法相关。1931年，九一八事变爆发，日军迅速占领东北全境。
1932年后，热河、察哈尔等地亦被日军占领。为巩固统治，日军调整东北区划，划分14、16、19个省，但管辖区有限，多为几个县。
1945年，日本投降后，东北区划再次大规模调整，划分为9个省：兴安、黑龙江、松江、嫩江、合江、吉林、辽北、辽宁、安东，加上热河省，共10省。
此格局维持数年。1949年新中国成立后，东北10省调整为6省：热河、辽东、辽西、吉林、松江、黑龙江。
50年代，随着战争结束，我国进入重建、恢复生产、发展建设阶段。东北地区工业水平高，156个重要项目多设于此。为促进经济发展，1954年，东北区划进行大规模调整。
辽东省和辽西省合并为辽宁省，松江省与黑龙江省合并。此轮区划变动后，辽宁省和黑龙江省的管辖范围扩大，而吉林省的管辖范围相对较小。
1955年，热河省撤销，其下辖县分别划归内蒙古、河北和辽宁。到1955年，东北三省的区划基本定型，形成了沈阳市、哈尔滨市、长春市、大连市等4个大城市。
长春市是我国的汽车生产基地，60年代末期，内蒙古的哲里木盟一度划归吉林省，但70年代末期又归还内蒙古，哲里木盟即现在的通辽地级市。
