位于东北铁路网的中南部，南与北京局相依、北与哈尔滨局相邻、东与朝鲜铁路相接。管辖范围以沈阳枢纽为中心，南起长大线起点大连站，北至哈长线新陈山—陶赖昭间119.9公里、拉宾线五常—杜家间120.9公里、通让线太阳升—立志间335.0公里、平齐线街基—泰来间450.0公里与哈尔滨铁路局分界。东起长图线图们江国际铁路大桥529.4公里、梅集线终点250.8公里，西至京通线河洛营—隆化间244.6公里、锦承线榆树林—平泉间335.0公里处与北京局分界。东南起自沈丹线丹东鸭绿江大桥254.4公里处与朝鲜铁路接轨。西北至内蒙古自治区白阿线阿尔山354.7公里、通霍线终点416.6公里。东北起自牡图线鹿道—斗沟子间146.3公里，西南至沈山线山海关站外437.9公里处与北京局分界。
所辖线路东西长1216公里，南北长822公里，营业里程8809.2公里（不含秦沈客运专线404公里）。管辖线路跨及辽宁、吉林省的全部，内蒙古自治区东南部，黑龙江省南部，河北省东北部分地区，其中：分布在辽宁省境内3565.2公里，吉林省境内3376.0公里，内蒙古自治区境内1601.7公里，河北省境内157.7公里，黑龙江省境内108.6公里。经济吸引区占地面积60多万平方公里，总人口7500余万。
管内干线34条，支线22条，联络线57条。管内线路总延展长度17173公里，其中正线10882.3公里，道岔20 740组，桥梁4994座、23509延长米，隧道238座、129934延长米。机车配属1710台，其中，内燃机车1545台，电力机车162台，蒸汽机车3台。通信信号设备：自动闭塞1326公里，半自动闭塞6949.9公里。电气集中车站691个，非集中车站129个，计算机联锁车站、场47个。年末固定资产原值642.132亿元，净值402.47亿元。
下属车站853个，其中特等站5个（长春、沈阳、沈阳南、沈阳西、山海关），一等站26个，二等站38个，三等站143个，四等站564个，五等站77个。全局管内有基层运输站段68个，其中独立车站15个，车务段15个（沈阳车务段、鞍山车务段、本溪车务段、长春车务段、白城车务段、大连车务段、锦州车务段、阜新车务段、吉林车务段、延吉车务段、梅河口车务段、通化车务段、通辽车务段、赤峰车务段、白音胡硕车务段），客运段3个（沈阳客运段、长春客运段、大连客运段），机务段5个（沈阳机务段（沈局沈段）（客运机务段）、苏家屯机务段（沈局苏段）、锦州机务段（沈局锦段）、吉林机务段（沈局吉段）、通辽机务段（沈局辽段）），工务段15个（沈阳工务段、辽阳工务段、丹东工务段、锦州工务段、山海关工务段、阜新工务段、吉林工务段、蛟河工务段、图们工务段、长春工务段、白城工务段、四平工务段、大连工务段、通辽工务段、赤峰工务段），电务段5个（沈阳电务段、长春电务段、锦州电务段、吉林电务段、通辽电务段），供电段4个（沈阳供电段、长春供电段、吉林供电段、锦州供电段），车辆段6个（沈阳车辆段（沈局沈辆）（客车车辆段）、苏家屯车辆段（沈局苏辆）、长春车辆段（沈局长辆）（客车车辆段）、锦州车辆段（沈局锦辆）、吉林车辆段（沈局吉辆）、通辽车辆段（沈局辽辆））。
全局职工总数336888人，其中，长期职工334376人，临时职工2512人，在岗职工305921人（其中，女职工71124人），非在岗职工30967人。非在岗职工中，内部退养12553人。干部总数67958人（专业技术干部47022人、少数民族干部5932人、女干部23266人）。
路局机关行政机构设22处室，限额外设6个处室，附属单位29个，学协会4个。局工会设4个部。局团委不设部室。下设7个办事处（长春、沈阳、锦州、大连、吉林、通化、通辽）。
路局机关设在沈阳市和平区太原北街4号，邮政编码110001。值班路电031-21060、市电024-62021060。
2005年3月18日，铁道部发布了“撤销全国各路局下设分局”的决定，沈阳铁路局下属的7个铁路分局：沈阳铁路分局、锦州铁路分局、大连铁路分局、长春铁路分局、吉林铁路分局、通化铁路分局、通辽铁路分局被撤销，分别更名为：沈阳铁路办事处、锦州铁路办事处、大连铁路办事处、长春铁路办事处、吉林铁路办事处、通化铁路办事处、通辽铁路办事处。
