استان خراسان شمالي يكي از جديدترين استان هاي ايران است كه از تجزيه سرزمين بزرگ خراسان سابق به وجود آمده است. به همين دليل، تاريخ مشتركي با استان هاي خراسان رضوي و خراسان جنوبي دارد و داراي تاريخي از «دوره ميان سنگي» در منطقه جاجرم و سكونت اقوام آريايي يعني «پارت ها» بوده است. خراسان از ساتراپ هاي دوره هخامنشيان محسوب مي شد. اين سرزمين در زمان اشكانيان از شهرهاي مهم به شمار مي رفته و در طول تاريخ گذرگاه اقوام گوناگون و حكومت هايي چون مغول ها، ترك ها كه شامل ازبك ها و تركمن ها، تاتارها بوده است.
در زمان ساسانيان، استان خراسان شمالي به وسيله يك اسپهبد كه «پادگوسبان» ناميده مي شد اداره مي شد و چهار نفر به عنوان مرزبان براي اداره چهار قسمت خراسان آن روز تحت فرمان وي بودند. در سال ۳۱ هـ. ق، اعراب وارد خراسان شدند و در همين دوره ساكنين خراسان به دين اسلام گرويدند. سرزمين خراسان تا سال ۲۰۵ هـ. ق، در تصرف خاندان بني عباس بود. خراسان در دوران اسلامي به چهار قسمت تقسيم مي شد كه هر قسمت آن به نام يكي از چهار شهر بزرگ نيشابور، مرو، هرات و بلخ ناميده مي شد.
اين منطقه درسال ۲۸۳ هـ. ق، به دست طاهريان استقلال يافت و در سال ۲۸۷ هـ. ق، جزو سامانيان شد. در سال ۳۸۴ هـ. ق،  سلطان محمود غزنوي خراسان را تصرف كرد.
خراسان در سال ۵۵۲ هـ. ق، به تصرف خوارزمشاهيان درآمد ولي در قرن هفتم هجري بر اثر حملات مغول ها، اين سرزمين جزو متصرفات ايلخانان مغول شد. خراسان بعد از مرگ نادرشاه افشار در سال ۱۱۶۰ هـ. ق، به تصرف افغاني ها در آمد ولي اين منطقه در دوران حكومت قاجاريه و با دخالت و حمايت انگليسي ها ايران با امضاي «عهدنامه پاريس» در سال ۱۲۷۳ هـ. ق، متعهد شد تا در امور داخلي افغانستان دخالتي نداشته باشد. در همين دوره بود كه خراسان به دو قسمت شرقي و غربي تقسيم شد. قسمت شرقي در افغانستان تحت حمايت انگليس و قسمت غربي در ايران باقي ماند.
اين استان با مصوبه دولت در سال ۱۳۸۳ به استاني مستقل و متشكل از ۶ شهرستان، ۱۶ شهر، ۱۵ بخش، ۴۰ دهستان و ۸۶۲ روستا تبديل شد.