Para las megaciudades, están en un período de transformación de un desarrollo extensivo a un crecimiento inteligente. Reconocer nuevas características y cambios en el espacio residencial de las megaciudades en el contexto de un nuevo desarrollo tiene una gran importancia práctica para lograr el desarrollo sostenible de la ciudad. Como la única megaciudad en el noreste de China, Shenyang fue seleccionada como objeto de estudio, con el período de 1989 a 2018. La investigación utilizó de manera integral múltiples métodos de representación espacial y métodos estadísticos para estudiar el patrón del espacio residencial y los factores impulsores en la ciudad de Shenyang. Los resultados mostraron que: (1) La expansión del espacio residencial se puede dividir en cuatro etapas: desarrollo lento, expansión rápida, expansión acelerada y extensión estable. (2) La estructura del espacio residencial presentó una característica de evolución espacial de expansión general, formando múltiples centros de densidad secundaria. La dirección este-oeste tuvo un rango de extensión mayor que la dirección noreste-suroeste. Hubo una distribución zonal axisimétrica a ambos lados del río Hun. (3) La aglomeración de diferentes formas residenciales fue evidente, y la heterogeneidad espacial fue cada vez más fuerte. (4) Las medidas de planificación urbana y la fuerza económica fueron las principales fuerzas impulsoras de la expansión del espacio residencial.