机构前身为国家电监会东北监管局，成立于2004年5月，是原国家电力监管委员会在东北区域的派出机构，代表国家电力监管委员会对东北区域电力市场依法行使监管职能。 根据第十二届全国人民代表大会第一次会议批准的《国务院机构改革和职能转变方案》和《国务院关于部委管理的国家局设置的通知》（国发〔2013〕15号），原国家电监会和原国家能源局合并重组，设立国家能源局（副部级），为国家发展和改革委员会管理的国家局。12月13日，根据中央编办2013年10月31日印发《中央编办关于国家能源局派出机构设置的通知》（中央编办发〔2013〕130号），国家能源局东北监管局正式挂牌，职能从单一的电力监管转变为统筹油气等能源领域的综合监管，开启了东北区域能源行业管理新格局。
