1949年10月1日台灣省公共工程局裁撤，由台灣省公路局接管，公路局將全台灣劃分為四個區，並設四個區工程處，第四區工程處便於1949年10月1日同時正式成立，轄區範圍為宜蘭縣及花蓮縣，並將兩縣之公路稱為「後山公路」。組織任務為省道公路養護、縣鄉道工程督導及改善工作，轄下設有三個工務段，分別為頭城工務段、南澳工務段與花蓮工務段。

至1960年7月23日成立第四工務段，設於花蓮縣秀林鄉洛韶，負責大禹嶺至太魯閣路段（台8線）之養護工程，以及第五工務段，設於宜蘭縣大同鄉獨立山，負責宜蘭支線梨山至宜蘭路段（台7甲線）之養護工作。1966年4月桃園縣巴陵至宜蘭縣大同鄉路段北部橫貫公路完工通車，交由第五工務段負責養護。1989年7月1日由於養護路線增加，於花蓮縣玉里鎮增設第六工務段，負責花蓮縣光復鄉以南路段。

1997年4月1日，一至六工務段更名，分別改以頭城、南澳、花蓮、洛韶、獨立山、玉里工務段稱呼。1999年7月1日配合政府精省作業，組織改為隸屬交通部，新增花蓮工務所與宜蘭工務所，其後宜蘭工務所於2003年、花蓮工務所於2018年因階段性任務完成而裁撤。

2002年1月30日第四區工程處更名為交通部公路總局第四區養護工程處。2017年12月31日洛韶工務段更名太魯閣工務段，並在2019年7月1日因蘇花改由南澳至和平、和中至大清水路段於2020年即將通車，新增金岳工務段。台9線蘇花公路山區路段為處理隧道事故與救災應變，於金岳工務段設置南澳交控中心。

 自2020年起，組織改為設置處長一人、副處長二人及主任工程司。行政單位共有企劃科、養護科、工務科、產管科、勞安科、交通管理及控制中心、秘書室、人事室、主計室、政風室。工務單位有頭城工務段、南澳工務段、花蓮工務段、太魯閣工務段、獨立山工務段、玉里工務段、金岳工務段。工務科另有設置品質管理中心；交通管理及控制中心另設置交管分組及防災分組。