偽滿時期
1927年至1932年，為滿洲專門教育學校附屬國小校
1933年至1936年，為奉天千代田尋常高等國小
1937年至1940年，為奉天千代田國小
1941年至1943年，為奉天千代田在滿國民國小
民國時期
1944年至1945年，為富士青年學校
1945年11月至1946年7月，為瀋陽千代田國民學校
1947年9月長白師院學生遷入，後遷撫順
1947年至1948年，為文理學院。
奉天千代田國小是專為日本移民子女開設的。1945年日本投降，日本人陸續回國。但日本仍有千代田國小同窗會，每年都有當年曾為該校學生的日本老人來學校參觀。奉天千代田國小被列入瀋陽市首批不可移動文物名錄。
千代田國小是日本侵華時期，一所專門招收日本在華僑民子女的學校。1945年日本投降後日本僑民陸續回國，千代田國小停辦。當年曾在千代田國小讀過書的校友，在日本成立了"原奉天千代田國小同窗會"，成員達數百人。他們中許多人事業有成，對當年在千代田國小讀書的往事深懷眷戀，中日建交後，紛紛來校訪問。1987年9月日本千代田同窗會組織70多人的訪華代表團來校訪問，受到學校友好熱情接待。1989年8月校長葛朝鼎、原副校長趙魁陽應邀去日本訪問，受到友好熱情接待。1994年東北育才學校建校45周年時，日本千代田同窗會特贈送學校太陽能時鐘一座，立於學校主樓門前。
建國初期
1948年12月學校開始籌辦，1949年初開始招生，1949年5月1日正式開學，隸屬於東北局。
當時，東北育才作為一所東北局和瀋陽軍區的幹部子弟學校，實行供給制，學生一律住校。第一任校長為李立群（時任東北地方行政長官高崗的夫人）。張聞天將學校命名為“東北第一育才國小”，由徐特立專門為學校挑選教師。
當時，在校190名學生全部是市級以上將軍子女、烈士子女。
1951年，賀龍元帥曾來校看望師生。林彪元帥和葉群也曾兩次來校。東北行政委員會教育局曾專門發文，對學校及學生的各項開支費用做出明確規定。學校還與醫大簽署了關於醫療和化驗員培訓的契約。當時教育界主要學習蘇聯的教育理論和辦學經驗。學校多次接待蘇聯人的參觀訪問，並請蘇聯教育專家來校講教育學。
建校初期，學校僅有國小一年至四年四個班190人。不久，發展為完全國小。在韓戰初期，學校曾於1950年11月遷哈爾濱（次年3月返回）。東北軍區衛生部（即主樓）搬遷，該樓歸屬了學校，學校擴建為兩個樓，占地38000平方米。
1954年7月，根據中央財政部及東北局決定，瀋陽市教育局接管學校，更名為"瀋陽市育才完全國小校"，但仍只招收東北局和瀋陽市一級黨政軍幹部子弟，實行寄宿制。
1956年，遼寧省委辦公廳發出通知，將原育英國小合併於育才國小，改為普通國小，實行走讀制(仍有300名住校生)。此時（合併後），學校已發展成為一所有教學班20個，學生993人，教師28人的頗具規模的完全國小.
1956年，與瀋陽市第五十三中學合併，同時招收國小、國中學生。後與瀋陽市第五十三中學分離。
1965年，改為有瀋陽市教育局管理，並與育英學校等學校合併。擴大了辦學規模。
1958年，學校設國中部，正式招收國中學生。
1958年，獲瀋陽市先進單位稱號。
1960年，獲全國文教群英會先進單位稱號。
1960年，興建東樓。1962年竣工投入使用。
文革時期
1966年6月，文化大革命工作組進校，8月離校。
1966年9月，被迫停課。
1967年，教師分裂為“遼革站”“八三一”“遼聯”三派，同年7月各派發生武鬥, 校外組織也捲入並搶占了西教學樓，學校實驗室被砸，許多教學儀器損壞丟失。軍宣隊進校。
1968年，“複課鬧革命”。
1968年8月，瀋陽變壓器廠工宣隊進校。成立校革命委員會，將校名改為沈變育紅學校。
1969年10月，瀋陽市電話三分局以備戰為名，占用了學校5320平方米的校園。同年，中華劇場又私自將校園西側圍牆拆除60餘米，侵占校園場地約1200平方米。
1970年，取消校革命委員會，改校名為瀋陽市第一二一中學。
1974年，在蛇山子大隊建立了學農基地。
1975年，取消國小部。實行九年一貫制。
1977年10月，工宣隊撤離學校。
改革開放
學制逐步恢復到文革前的“六、三、三”學制。
1980年，瀋陽市教育局確定，在育才學校進行中國小“五四學制”實驗。
1981年5月，直接隸屬瀋陽市教育局。
1981年，被確定為省級重點中學。
瀋陽市教育學院（現瀋陽大學師範學院）遷入學校，建一棟宿舍樓。育才學校成為瀋陽市教育學院附中。營公司經瀋陽市政府批准在校園內建鍋爐房，和作為補償的一棟宿舍樓。
1981年，學校成為瀋陽市教育局直屬學校，並被列為遼寧省重點中學。
1981年，學校足球隊代表瀋陽市中學生參賽，奪得全國希望足球賽冠軍。
葛朝鼎校長任內
1985年，葛朝鼎出任東北育才學校校長。在他任內，學校開始實施“優才教育”。
1986年，瀋陽市教育學院遷出，西樓收回。
1986年起學校先後設立了超常教育實驗班（俗稱少兒班）、數學特長班、計算機特長班（已取消）、英語特長班、日語特長班、國中三年常態班、六年一貫制班等特色班級。這些班級的學生在中國國內外的競賽、中考、高考（或同中國同等級別的升學考試）中都取得了較好成績，為學校贏得了聲譽。學校教學質量穩步上升。國中教學成績一直名列市區首位。高考成績從居於重點中學中部位置，逐步上升到文理各科平均分、大學升學率、重點大學升學率、重點大學保送率均居於全省首位，2000年、2001年全部畢業生百分之百升入國家重點大學。
自1994年獲第六屆國際信息學奧林匹克競賽金牌，實現了遼寧省參加國際奧賽奪牌零的突破之後，東北育才學校連年在國際奧賽中奪牌。共獲金牌11塊、銀牌5塊、銅牌5塊。
1991年，瀋陽市電話三分局占用的校園部分收回，成立瀋陽日本語學習中心。後全部收回。
1992年，建成圖書科技樓。
1995年，建成綜合樓。
1997年，渾南校區奠基。
1998年，高中部遷入瀋陽市渾南新區。
1999年同日本關西語言學院合辦的中日友好分校（高中，後更名東北育才外國語學校）也在渾南新區開學。
2001年葛朝鼎退休後旋被聘為東北育才外國語學校校長。
2006年 東北育才雙語學校建成於瀋北新區。
2008年，東北育才實驗學校建成於瀋撫交界處（李石開發區）。
蘇文捷校長任內
蘇文捷校長上任後，進行“集團化”模式發展，學校總體規模擴大。建立了理科部（現科學高中部）、幼稚園、國際部、東北育才雙語學校（包括國小，國中，高中3個學部），外國語學校增加了國中部，並收購了周恩來曾就讀的瀋陽東關模範國小（原奉天官立東關模範國小，現東北育才東關模範國小部）。2007年升任瀋陽市教育局局長，同時免去校長職務。
