站修建在小西门附近，以原奉天省立第五小学的校舍设立。1927年，为抗衡日本控制下奉天驿和南满铁路的影响力，张作霖决定在皇寺附近新建“奉天总站”。6月，杨廷宝开始设计站房；杨廷宝最初设计的站房是西欧现代主义风格的，因为京奉铁路管理局和设计事务所更倾向于正阳门东站的外形，他将设计修改成了现在的样式。在张作霖被刺杀后，其子张学良顶住了日方的压力，使车站的工程得以继续。1931年3月19日，新的站房启用，由于奉天省更名为辽宁省，车站被命名为“辽宁总站”。1988年6月25日，新的沈阳北站竣工，原先的辽宁总站站房