東北大学の源流は、1736年（元文元年）設置の仙台藩藩校「明倫養賢堂」まで遡る。この藩校が、教育機関としての体制を維持しながら様々な改組・改称を経て、仙台医学専門学校、東北帝国大学医科大学、そして現在の東北大学医学部（医学科・保健学科）および薬学部の系譜に繋がっている。そのため、本稿では、明倫養賢堂が設置された1736年を創立年としている。

、第14回帝国議会において「九州東北帝国大学設置建議案」が採択され、議会として東北地方に帝国大学を設置する正式な要望が政府に表明された。しかし、政府の資金難により設置が進まず、にも「東北帝国大学設立建議案」が再度採択された。、日露戦争の好景気で財を成した古河財閥から寄付があり、その一部と宮城県の寄付金等をあわせて、に東北帝国大学の本部が仙台市に設置された（創立記念日）。本稿では、帝国大学令に基く大学として創立されたこの1907年を設置年としている。なお、は東北帝国大学の本部設置から100周年であり、様々な記念行事が行われた。

1907年（明治40年）6月の本部設置以降、実際の教育機関が拡充されていき、設立初期には計4つの系統が合流または新設された。まず、同1907年（明治40年）9月、北海道札幌区において、札幌農学校を母体とする農科大学を設置し、宮城県仙台市では、に理科大学を新設、に仙台医学専門学校を包摂して医学専門部を設置、および、仙台高等工業学校を包摂して工学専門部を設置した。

、医学専門部は生徒募集を停止し、東北帝国大学医科大学が設置された。新入生は医科大学、以前からの在校生は医学専門部のままという状態であったが、施設は双方とも仙台医学専門学校以来の施設を流用した。ただし、医科大学には新たに先行帝国大学の東京帝国大学卒・京都帝国大学卒の人材を教授として招聘した。1918年に医学専門部の最後の学年が卒業すると医学専門部は廃止された。そのため、医学専門部の教授らは異動を余儀なくされ、他都市の医学専門学校へと移っていった。

大学令公布に伴う各帝国大学の分科大学制から学部制への改組に先立って、仙台市（理大・医大・工専）と札幌区（農大）に分かれている東北帝国大学の分科大学および専門部を各都市毎に分立させることになり、、北海道帝国大学新設と同時に農科大学を移管した。

、学部制に改組すると同時に東北帝国大学工学部が設置された（このときの学部構成は理学部・医学部・工学部・工学専門部）。工学専門部では、医学専門部と同様に廃止されるとの危惧から存続運動が起こった。結果的に工学専門部は、仙台高等工業学校以来の建物等を東北帝国大学工学部に譲り、別の土地に建物を新設して、元の仙台高等工業学校との名称で分離独立した（のちに仙台工業専門学校と改称）。

、法文学部が設置された。同学部は現在の文系諸学部の基盤をなす学部である。ちなみに、第二次世界大戦前の帝国大学では、北海道・大阪・名古屋以外の6大学（東京・京都・東北・九州・京城・台北）に文系学部が設置されている。

に東北帝国大学は「東北大学」に改称。に実施された学制改革に伴い、仙台市所在の官立学校（旧制第二高等学校・仙台工業専門学校・宮城師範学校・宮城青年師範学校）を統合、旧制宮城県女子専門学校を包括したうえで新制大学へと改組された。これら高等教育機関は、旧制第二高等学校が教養部へ、仙台工業専門学校が工学部と合流、両師範学校は教育学部へ、宮城県女子専門学校は農学部家政学科へとなった。家政学科は生活科学科と改称後、に廃止された。

、国立学校設置法改正を期に、師範学校の流れをくむ教育学部の教員養成系統が分立し、宮城教育大学が設置された。には、東北大学教育学部附属中学校・小学校および幼稚園を宮城教育大学に移管した。

からは大学院重点化を開始した。また、の国立大学法人化を期に、法科大学院・公共政策大学院・会計大学院の3つの専門職大学院を設置した。現在は青葉山新キャンパスの具体化やその他の改革を行っている。