Предприятие образовано в 2020 году правительством Санкт-Петербурга совместно с группой ВТБ для реализации планов по строительству новых станций метро.
История петербургского метрополитена началась еще в конце XIX века в Российской Империи, но вопрос о строительстве поставили на паузу до 1938 года. В январе 1941 года стартовала прокладка первой линии ленинградского метро от станции «Автово».
В 1955 году открыли первую линию Выборгско-Киевская. На ней работало 9 станций. В 1957 году метростроители окончательно прошли первые два тоннеля под Невой. В 1961 году синяя ветка соединила юг города и Петроградскую сторону, а в 1967 году состоялось открытие зеленой ветки.
К 2022 году метрополитен в Санкт-Петербурге состоит из пяти линий и 72 действующих станций.
В октябре 2021 года по приказу Правительства РФ «Метрострой Северной Столицы» получил статус единственного исполнителя работ по строительству и реконструкции метрополитена. Контракт распространяется на 37 объектов.
В декабре 2022 года АО «Метрострой Северной Столицы» возглавил Петров Кирилл Феликсович.