民國60年政府為發展國家經濟，推動十大建設，興建中山高速公路(國道1號)為其中之首要建設，配合任務需要本處於民國62年8月成立，為高速公路工程局最早成立之工程處。
    民國67年10月31日中山高速公路全線完工通車，同年12月高速公路工程局改制為「國道高速公路局」，本處67年9月遷至泰管中心，轄區範圍自基隆至苗栗，下轄內湖，中壢及苗栗三工務段，於民國72年本處轄區範圍調整為基隆至新竹，下轄內湖及中壢兩工務段。民國70年及72年為五股交流道、林口至楊梅拓寬工程及八堵交流道新建工程需要，分別成立新工工務所及八堵橋梁工務所辦理新建工程監造，工程完工後此兩工務所撤除。
    第二高速公路(國道3號)北部路段陸續完工移交接管後，於81年12月成立關西工務段，84年8月成立木柵工務段，辦理國道3號、國道2號、國道3甲及國道5號南港至石碇之養護、交通管理與行旅服務，隨著國道5號石碇-蘇澳完工通車，於93年12月接管後成立頭城工務段。為維護高速公路之暢通，增進行車安全，高速公路局於73年以任務編組成立交通控制中心，並於83年9月移撥本處管轄，另於96年11月成立坪林行控中心，辦理國道5號全線(含雪山隧道)有關隧道機電、交通控制系統、交通管理及隧道防救災業務。
    於102年4月五股至楊梅拓寬路段通車，轄區里程已達355公里，任務也更繁重，為使國道新建、養護與管理事權統一，「高速公路局」於107年2月12日改制，為辦理國道之養護與管理本處亦改制為「交通部高速公路局北區養護工程分局」，本分局同仁持續秉持著優良傳統，在各級長官督導下，恪遵服務理念，以提供用路人舒適及高品質之行車環境，做為我們努力的目標。