Тохоку-сінкансен — одна з трьох перших ліній мережі сінкансен, розроблених у рамках дії японського закону про всеяпонське впровадження системи сінкансен (інші дві — Дзьоецу-сінкансен і Наріта-сінкансен). В 1971 році були ухвалені генеральний план і план підготовчих робіт і розпочалось будівництво.
В 1982 році була здана в експлуатацію ділянка від Омії до Моріокі.
В 1985 році — ділянка Уено — Омія.
В 1991 році — ділянка Токіо — Уено.
У 2002 році — ділянка Моріока — Хатінохе
У 2010 році була здана в експлуатацію остання ділянка від Моріокі до Сін-Аоморі.