Una comprensión de las relaciones entre múltiples servicios ecosistémicos (SE) facilita la gestión de ecosistemas y la toma de decisiones. El estudio de los conjuntos de SE puede explicar bien las complejas interacciones entre diferentes SE en una región. Shenyang es una importante área de desarrollo económico y producción de alimentos en el noreste de China, con una diversa gama de tipos de SE. En este estudio, cuantificamos once SE de Shenyang, China (dos servicios de aprovisionamiento, ocho servicios de regulación y un servicio cultural). Se analizaron los compromisos y sinergias entre los SE mediante el análisis de correlación de Spearman. Los conjuntos de SE se identificaron utilizando el análisis de componentes principales y el análisis de clústeres k-means. Finalmente, se empleó el método de bosque aleatorio para identificar los factores determinantes que afectan a los conjuntos de SE. Los resultados mostraron: (1) todos los SE en Shenyang mejoraron entre 2000 y 2019; (2) el compromiso más obvio se encontró entre la fijación de arena y la conservación del agua; (3) los SE en la región de estudio podrían agruparse en cinco conjuntos de SE diferentes que fueron principalmente afectados por el tipo de uso del suelo; y (4) los factores socioecológicos explicaron y predijeron en gran medida la formación y distribución de los conjuntos de SE. El estudio proporciona información de referencia para la gestión y optimización de los ecosistemas y la regulación del uso del suelo en Shenyang.