从20世纪30年代至今，沈阳地铁五次筹建，四次停工 。2010年10月8日，沈阳地铁正式对公众售票运营。
沈阳地铁的历史沿革可以追溯到满洲国时期的1940年。当年，日本大坂电气化局编制了4条线路52公里的《奉天地铁线网规划和设计》。根据计划，一号、二号、三号各线均于1942年开工，1948年开通，加上计划在1953年通车的四号线，整个路网共长52公里 。当时，整个东亚仅有日本大阪市的梅田-天王寺，东京市的浅草-涩谷之间开通了地铁。沈阳当时是满洲国的陪都，人口也只有78万，基本上以人力和马力为交通工具，所以这个构想显得颇为超前 。由于太平洋战争爆发，该计划并没有付诸实施，沈阳市也转而发展更为符合实际的电车 。
中华人民共和国建国后，沈阳多次开工兴建地铁，并与人民防空工程相互结合起来。按照当时的规划，最深的站口深达150米，相当于40至50层楼，而地铁的宽度更是能够达到让四辆坦克并行。这样的人民防空工程，在常规战争的情况下，可以解决30万到40万人的待避 。1965年在东陵区赵家沟建设斜井，因文化大革命而停工 。文革期间再度开工，短期后因不明原因停工。1974年开工修建设计线路为“赵家沟—陶瓷厂—冶金局—沈阳东站—大西菜行—市委—交通银行—太原街—铁西广场”的地铁线路，当时哈尔滨、天津和上海等地政府派人来沈阳学习地铁建设经验 。此次地铁工程立项的资金全部由沈阳市市政府筹措。1982年，沈阳地铁在建筑作业难度就很大的基础上因缺乏设备和资金问题下令停工封井。为了防止花岗岩风化，用水将赵家沟、陶瓷厂、冶金局地下已经打通的全长约3公里的地铁通道填满。1990年沈阳再次筹建轨道交通，1993年工程可行性研究报告已获得国务院批准，但没有开工修建。1995年12月28日，国务院办公厅发布《国务院办公厅关于暂停审批城市地下快速轨道交通项目的通知》，要求已批准立项和原则同意建设的天津、青岛、南京等城市的地铁项目和沈阳轻轨项目停止对外签约，国家计委暂停审批可行性研究报告和开工 。 1999年12月，沈阳市地铁一号线一期工程项目建议书上报国家计委（发改委）。
2000年1月，地铁一号线一期工程项目有关研究报告通过了专家组评审。
2002年9月，通过国家计委初审。并于当年10月上报国务院。
2002年10月，国务院第142次总理办公会进行讨论后，第二次冻结了地铁审批。
2003年9月，沈阳市第一个按照国务院有关精神，编制了《沈阳市快速轨道交通建设规划》，并上报国家发改委，10月通过中咨公司评审。
2004年3月，通过建设部的初步审查。
2004年10月，为加快推进沈阳地铁立项审批，辽宁省政府正式上报《关于报请国务院批准沈阳市快速轨道交通建设规划的请示》。
2005年3月，国家发改委有关领导专程来沈考察了项目情况。
2005年6月，向国家环保总局报批地铁项目的环境影响评价报告书。
2005年8月6日，《沈阳市快速轨道交通建设规划》获得国务院的批准。根据这份规划，沈阳将从2005年至2012年，先期建设地铁1号、2号线一期工程，即两条线路的中间段，形成十字型轨道交通骨架。建设里程40.85公里。
2005年9月16日，《沈阳地铁一号线可行性报告》通过中咨公司评估。两天后，该报告上报国家发改委。
2005年9月20日，沈阳完成地铁全线初步设计。
2005年9月27日，完成地铁招标设置图。
2005年10月15日，所有地铁施工队进入现场。
2005年11月9日，《沈阳地铁一号线可研报告》通过国家发改委内会签并通过主任会议批复。
2005年11月18日，沈阳正式启动地铁工程建设。
2006年5月，沈阳地铁一号线西延线（十三号街-张士）获批。
2006年9月14日 二号线一期工程环境影响报告书获国家环保总局批复。
2009年9月23日，一号线西段（十三号街-铁西广场）车通，允许地铁内部职工通勤乘坐。
2006年11月18日，沈阳地铁二号线正式动工。
2008年03月28日，沈阳地铁二号线奥体中心站主体工程正式竣工2009-07-22 二号线15标车站主体顺利封顶。
2009年9月1日， 二号线岐山路站主体完成。
2009年12月11日，一号线全线洞通。
2010年7月1日，一号线开始空载试运行。
2010年夏季起，二号线北延线4站开始土建施工
2010年8月6日，沈阳地铁二号线十标工业展览馆站主体成功封顶。
2010年9月27日，沈阳地铁一号线在十三号街车辆段举行通车仪式，载客试运营（持观光券免费乘坐）。
2010年10月8日，沈阳地铁一号线开始售票营运，普通储值票正式发售。
2010年10月11日，一号线末班车由18:00延长至19:00。
2010年11月08日，二号线新-北区间、陵-新区间左线洞通。
2010年12月01 日，地铁二号线首列车抵沈。
2010年12月25日，一号线末班车由19:00延长至20:00。
2011年1月24 日，地铁二号线松陵区间右线顺利贯通。
2011年1月26 日，地铁二号线1标起松区间全线贯通。
2011年2月10 日，地铁二号线莲花山路至松山路区间全线贯通。
2011年2月23日，18时地铁二号线全线洞通。
2011年3月27日，一号线末班车由20：00延长至21:00。
2011年4月30日，沈阳地铁二号线一期风水电安装工程标段二岐山路站设备主体安装完成。
2011年5月10日，地铁二号线通信系统OCC设备首次通电成功。
2011年6月15日，地铁二号线全线轨通。
2011年7月1日，地铁二号线全线电通。
2011年7月30日，地铁二号线车通，热滑试验成功。
2011年9月27日，地铁二号线全线试运行。
2011年12月30日，地铁二号线举行通车仪式，载客试运营（持观光券免费乘坐）。
2012年1月9日，地铁二号线售票营运。
2012年5月1日，一号线末班车由21：00延长至22:00。
2012年12月1日，地铁二号线北延线医学院站、师范大学站、航空航天大学站实现洞通。
2013年12月30日，地铁二号线北延线医学院站、师范大学站、航空航天大学站载客试运营。
2014年3月21日，9号线汪曹区间正式启动“盾构成隧”之旅。
2014年11月16日，沈阳地铁九号线第七合同段汪河路站至曹仲站区间右线盾构始发。
2015年1月16日，沈阳地铁十号线7标进入全面开工阶段。
2015年8月10日，沈阳地铁十号线11标长青桥车站-浑南大道站区间泥水盾构右线顺利通过浑河。
2015年8月25日，沈阳至辽阳城际铁路工程（上深～桃仙）正式开始地质勘查。
2015年8月26日，沈阳至铁岭城际铁路6标人杰湖公园站～蒲河大道左线盾构顺利始发。
2015年8月31日，沈阳至铁岭城际铁路工程（松山路-道义）土建七标蒲蒲区间暗挖段右洞顺利贯通。
2015年10月9日，沈阳地铁九号线沈苏西路站-胜利南街站B区间盾构机顺利始发。
2015年11月2日，沈铁城际铁路工程辽宁大学站-人杰湖公园站区间右线盾构机始发。
2015年11月9日，九号线11标胜利南街站—长白南站区间隧道全线贯通。
2015年11月24日，九号线17标奥体东站至朗日街站区间盾构始发。
2015年12月18日，沈铁城际铁路工程（松山路-道义）施工7标蒲蒲区间主体结构顺利完成。