1954年，东北体育学院成立，由中央人民政府体育运动委员会和东北人民政府举办；校址确定在沈阳北陵原东北大学体育场旧址周围区域。

1955年，竞技指导科（原东北体训班）划出学院建制。

1956年，更名沈阳体育学院。

1958年，划转辽宁省政府领导，由辽宁省体育运动委员会主管。

1960年，设立体育系和运动系；不久运动系划出学院建制，但保留运动系（或沈阳体育学院分院）名义至1984年，成为辽宁省运动技术学院的前身。

1963年，由辽宁省高教局直接管理，省体委业务指导。同年省属沈阳市体育学校中专并入。

1966年，文化大革命开始，停止招生至1971年。

1969年，迁往辽宁省北镇县青堆子农场，次年陆续迁回沈阳原址。

1980年1月，隶属国家体育运动委员会；设立附属竞技体校。

2001年3月，实行国家体育总局与辽宁省政府共建、以辽宁省政府为主的管理体制；管理方式由省教育厅与省体育局共管、以体育局为主。

2004年9月，学院白清寨雪上运动中心全面建成，投入使用。

2006年12月，学院迁入新校区。

2017年1月，沈阳体育学院入选辽宁省一流大学重点建设高校。