后金天命十年(1625)，努尔哈赤从辽阳迁都沈阳。天聪八年(1634)，皇太极改沈阳为“谋克敦”，汉文写作“天眷盛京”(简称“盛京”)。天聪十年(1636)皇太极改国号为清。

清顺治元年(1644)迁都顺天府(今北京)后，以盛京为陪都，并设“昂邦章京”即“盛京将军”，统辖驻军，坐镇地方。顺治十四年(1657)，于盛京置奉天府，管理地方事务。光绪三十三年(1907)，改盛京将军为东三省总督;改盛京为奉天，建奉天省，省治奉天府。

1913年，民国政府废府改县，奉天府改为沈阳县，1923年沈阳建市，成立奉天市政公所，奉天市与沈阳县同属奉天省管辖。1929年，改奉天省为辽宁省，奉天市改称沈阳市，归辽宁省管辖。

1931年九一八事变后，沈阳沦为日本殖民地。辽宁省改为“奉天省”，沈阳市改称“奉天市”。

1945年8月，抗日战争胜利，“奉天省”改称辽宁省，“奉天市”恢复沈阳市名称。同年10月，沈阳市临时人民政府成立;11月底，应苏军要求撤出市区，国民政府随即接收市政。1946年8月，沈阳市由省辖改为国民党政府行政院直辖。

1948年11月，沈阳解放，沈阳特别市政府成立，隶属东北行政委员会。将市内实际划定的22个区合并为8个区，沈阳县归沈阳市辖。

1949年5月，沈阳特别市政府改为沈阳市人民政府，隶属东北人民政府领导。1953年3月，沈阳市改为中央直辖市;1954年8月，改为辽宁省辖市。

1984年，国务院批准沈阳市为计划单列市，享受省级的经济管理权限。

1993年1月，铁岭市管辖的康平县、法库县划归沈阳市。同年7月，撤销新民县，设立新民市(县级)。

1994年，经中共中央、国务院批准沈阳市为副省级省辖市。

2006年10月，新城子区与辉山农业高新技术开发区合并，经国家批准正式组建为沈北新区。

2014年6月，经民政部批准，东陵区正式更名为浑南区。

2016年1月，经国务院同意，撤销辽中县，设立辽中区。截至2016年年末，沈阳市所辖为10区2县1市。

截至目前,沈阳市全市共有常住人口911.8万人，户籍人口765.4万人。