清朝時期，皇姑地區是一片農田，有幾個村屯，幾十戶農家。1907年（光緒三十三年）京奉鐵路設皇姑屯車站，從此，這一地區興起工業、商業和運輸業，居民不斷增加，逐漸形成城鎮。1913年（民國二年）有屬沈陽縣第九區管轄的新市村、保合堡、東沙河子、北牌、新安村、皇姑屯、塔灣、御花園、北沙河子等9個村和第七區管轄的三臺子，共計10個村。1929年（民國十八年）劃歸沈陽市第六區管轄，有順城大街、工程司大街、興隆大街、皇姑屯前街、皇姑屯中街、皇姑屯后街（今亞明、克儉一帶）。
1931年，“九·一八”事變后，屬偽奉天省沈陽縣第九區管轄，有皇姑屯、塔灣、北牌、新市村、北沙河子、東沙河子、新安村、保合堡等8個主村；屬第七區有三臺子，共計9個主村。1937年末，皇姑地區劃歸偽奉天市轄城區。1938年1月，偽奉天市公署實施《奉天市區條例》，現在的皇姑區，包括當時的皇姑、北陵兩區公所。1947年9月l日沈陽市由17個區改劃為24個區，將皇姑區西部劃出，設塔灣區。
1948年11月20日，沈陽解放后，沈陽特別市政府命令，將原皇姑、北陵、塔灣三個區合并為皇姑區，成立皇姑區政府，同時在皇姑區內設北陵分區。1949年6月，成立皇姑區人民政府。1955年5月，改稱皇姑區人民委員會。1966年“文化大革命”初期，皇姑區曾更名為紅衛區，1968年6月24日沈陽市革委會決定恢復皇姑區名稱。1968年7月皇姑區人民委員會改為皇姑區革命委員會。1980年9月，改稱皇姑區人民政府。
1938年，皇姑區位于鐵西區之北，皇姑屯車站附近，下轄三關街、大寶街、大成街、大平街、大元街、大享街等7個分區公所，占地面積18平方千米。北陵區以昭陵為中心，在皇姑區之東，下轄安民街、昭平街、昭安街、萬年街、昭隆街、昭盛街、北陵街、衛陵街、順天街、瓦當街、北塔街等11個分區公所，占地面積約26平方千米。
1945年8月，國民黨政府皇姑區公所設在崇禮街1段16號，下設以序數命名的11個聯保辦事處，管轄有雪恥街、才智街、重義街、克儉街、崇禮街、明廉街、輔仁街、尚勇街等8個街。北陵區公所設在維德街1段50號，下設以序數命名的8個聯保辦事處，管轄有安民街、誠信街、精忠街、維德街、瓦當街、北塔街、陵東街、至孝街、和悌街、北陵街等10個街。1947年取消聯保，成立35個保。
1948年11月全區總人口102645人。1949年3月末，皇姑區先后成立高道、順城、克儉、皇姑站、亞明、雪恥、昆山、崇山、重義、壽泉、塔灣、明廉、保安、誠信、中原等16個甲等街公所和維德、和悌兩個乙等街公所及瓦當、尚勇兩個村公所（也稱村政府），919個居民小組。1949年全區總人口153447人。
1950年2月1日，按照沈陽市人民政府《關子取消街公所，加強派出所的命令》，各街民政工作，分別由高道、順城、克儉、皇姑站、亞明、雪恥、崇禮、重義、壽泉、塔灣、明廉、安民、誠信、二空橋、維德、至孝、柳條湖、陵西等18個公安派出所兼管。1950年10月為加強北陵飛機場的保衛工作，將北郊財落堡區三臺子和觀音屯兩個村公所劃歸皇姑區，命名三臺子村公所，隨后成立三臺子公安派出所。1952年派出所不再管街政，民政干部獨立辦公。1953年第一次人口普查全區總人口274801人。
1955年6月，皇姑區共成立塔灣、重義、明廉、三臺子、三洞橋、克儉、皇姑站、誠信、崇禮、維德、亞明、二空橋（原昆山）、至孝（原和悌）、壽泉（原中原并入）、雪恥、安民（原保安并入）、順城、柳條湖（原瓦當村政府）和陵西（原尚勇村政府）等19個街道辦事處和上述19個派出所。
1955年8月，劃出塔灣街道辦事處管轄的部分地區設文化路街道辦事處。同年9月撤銷至孝街道辦事處，并入維德街道辦事處；撤銷二空橋街道辦事處，并入安民街道辦事處；撤銷順城街道辦事處，將一部分劃歸克儉街道辦事處，一部分劃歸三洞橋街道辦事處；撤銷重義街道辦事處，并入塔灣街道辦事處。
1958年9月起至1959年2月止，皇姑區由19個街道辦事處，改為安民（原二空橋并入）、克儉、三洞橋、皇姑站、亞明、崇禮、壽泉、塔灣、雪恥、誠信、維德、明廉等12個城市公社和北陵（柳條湖和陵西合并）農村公社（原國營北陵畜牧場并人）以及沈陽機車車輛廠（重義、塔灣合并）和三臺子兩個以廠代社的公社。1959年2月，將誠信公社劃出，成立文化路公社。
1960年8月，將12個城市公社、兩個以廠代社合并為陵北（原三臺子）、明廉（原明廉）、塔灣（原壽泉、車輛廠）、華山（原雪恥、亞明、皇姑站）、長江（原崇禮、文化路、誠信和北陵一部分）、五一（原維德和北陵一部分）、三洞橋（原安民、三洞橋、克儉）等7個城市公社。
1962年1月，將7個城市公社調整為陵北、遼河（原五一）、黃河（原長江一部分）、長江（長江一部分）、昆山（三洞橋一部分）、三洞橋（原三洞橋一部分）、華山（原華山一部分）、塔灣（原塔灣一部分）、天山（合并華山和塔灣各一部分）、明廉（原明廉一部分〕、向工（原明廉一部分）等11個城市公社。1964年第二次人口普查全區總人口433160人。