秦、漢，屬遼東郡。
魏、晉，屬玄菟郡。
隋朝，屬遼東郡。
唐朝，屬安東都護府蓋牟州。
遼、金，屬沈州。
元朝，屬遼陽等處行中書省沈陽路。
明朝，屬沈陽中衛。
后金天聰八年（1634年），屬盛京。
清朝順治十四年（1657年），屬奉天府。
康熙十九年（1680年），繞沈陽城環筑土城，設八個邊門，由磚城門至邊門間的通道形成“八關”，清八旗軍分管八門八關地區，形成“八界”。
大東區包括正白旗界的地載（小北）關、正藍旗界的福勝（大北）關、正紅旗界的內治（小東）關，鑲紅旗界撫近（大東）關及四個邊門以外的四部分地區。
光緒三十一年（1905年），奉天府設巡警總局，城內設7個分局，大東區境內包括當時第3分局所轄的撫近（大東）關、內治（小東）關，第六分局所轄的福勝（大北）關、地載（小北）關地區。
中華民國十二年（1923年）8月，屬奉天市，市內劃為6個警區，大東區境內包括當時的2區（大、小東門至大、小東邊門間地區）和5區（大、小北門至大、小北邊門間地區）。
中華民國十八年（1929年）4月，屬沈陽市。
中華民國二十七年（1938年）1月，偽奉天公署頒布《奉天市區條例》，將全市劃為11個行政區，首次出現大東區的名稱，當年大東域內劃為大東、沈海二區。
中華民國三十年（1941年），偽奉天市又將11個行政區改劃為17個區，大東境內由兩個區劃為4個區，即大東區、東關區、北關區、沈海區。
中華民國三十四年（1945年）10月，沈陽市民主聯合政府將17個區調整為11個區，將大東區東關區、東陵區合并為大東區；將北關、沈海合并為北關區。
中華民國三十六年（1947年），國民黨統治時期把全市劃為22個區，大東境內又呈現4個區即大東、東關、北關、沈海。
中華民國三十七年（1948年）11月，沈陽解放后，沈陽特別市政府將全市劃為8個行政區，大東境內為大東區、東關區、北關區、沈海區和東陵分區。
1951年，撤銷東陵分區。
1956年8月，沈陽市人民委員會將隸屬東郊區的英達、高坎、滿堂3個鄉劃歸大東區；將原屬北郊區的大洼、前進2個鄉和輝山畜牧場劃歸北關區。
1959年2月，沈陽市人民委員會決定調整市區建制將8個城區調整為5個，大東與北關合并為新的大東區，北關區建制撤銷。
1964年4月，沈陽市政府決定建立東陵區，將英達滿堂高坎東陵沈海大洼、榆林堡、朱爾、木匠、文官10個農村人民公社和輝山畜牧場從大東區劃到新設立的東陵區管轄。
1971年1月，文官公社從東陵區劃出，歸入大東區。
2003年，沈陽市政府決定將原屬東陵區的朱爾村、木匠屯村劃歸大東區，兩村帶入土地面積8.2平方千米。
2005年，鑒于大東區與新城子區簽約聯手開發歐盟經濟園區，經市政府批準將東陵區和沈北新區蒲河附近的12平方千米土地劃歸大東區。