1923年，北洋政府交通部投資興建皇姑屯修車廠，由東三省交通委員會奉榆鐵路管理局籌辦，1925年4月開工建廠。

1948年，皇姑屯修車廠更名為皇姑屯鐵路工廠。

建國初期，搶修生產了“北平號”、“南京號”機車。

1956年，鐵道部將工廠分為客車修理廠(南廠)和貨車修理廠(北廠)
，1958年又合並為沈陽機車車輛工廠。

七十年代初期
，鐵道部與交通部合並為交通部，沈廠隸屬交通部工業局，1975年又重屬鐵道部工業局。

1985年，工廠成為鐵道部機車車輛工業總公司所屬企業。

2000年9月1日
，原中車公司重組為南北集團公司
，沈廠成為中國北車集團公司所屬企業。

2002年6月18日
，沈廠注冊成為沈陽機車車輛有限責任公司。

2009年10月16日，沈車公司正式啟動新廠搬遷工作，由沈陽市皇姑區昆山西路75號搬遷至沈陽經濟技術開發區開發大路28號。

2015年，原中國南、北車集團公司正式合並為中國中車集團公司，2016年1月6日
，公司正式更名為中車沈陽機車車輛有限公司。

2018年，中車齊車集團有限公司成立
，公司為其一級子企業。