1923年，北洋政府交通部投资兴建皇姑屯修车厂，由东三省交通委员会奉榆铁路管理局筹办，1925年4月开工建厂。

1948年，皇姑屯修车厂更名为皇姑屯铁路工厂。

建国初期，抢修生产了“北平号”、“南京号”机车。

1956年，铁道部将工厂分为客车修理厂(南厂)和货车修理厂(北厂)，1958年又合并为沈阳机车车辆工厂。

七十年代初期，铁道部与交通部合并为交通部，沈厂隶属交通部工业局，1975年又重属铁道部工业局。

1985年，工厂成为铁道部机车车辆工业总公司所属企业。

2000年9月1日，原中车公司重组为南北集团公司，沈厂成为中国北车集团公司所属企业。

2002年6月18日，沈厂注册成为沈阳机车车辆有限责任公司。

2009年10月16日，沈车公司正式启动新厂搬迁工作，由沈阳市皇姑区昆山西路75号搬迁至沈阳经济技术开发区开发大路28号。

2015年，原中国南、北车集团公司正式合并为中国中车集团公司，2016年1月6日，公司正式更名为中车沈阳机车车辆有限公司。

2018年，中车齐车集团有限公司成立，公司为其一级子企业。