専門教育と並ぶ山形城北高校の看板が、全国大会で躍進を続ける部活動実績です。なかでも女子バスケットボール部は、全国高校総体（インターハイ）や全国高校選手権（ウインターカップ）の山形県代表として何度も出場を果たす名門として全国にその名を知られています。県内の覇権を争うライバル校としのぎを削りながら、規律あるチームプレーと組織的なディフェンスを武器にハイレベルな戦いを展開しています。
また、陸上競技部も長距離駅伝やトラック＆フィールド種目において東北大会・全国大会への進出者を多数輩出しています。専用グラウンドや充実したトレーニング設備、専門指導員による科学的アプローチが導入されており、トップアスリートを目指す生徒にとって申し分のない環境が整備されています。
運動部だけでなく、弓道部やライフル射撃部、文化部など多様な活動が活発に行われており、生徒それぞれの個性や適性を伸ばす課外活動の選択肢が広く用意されています。
