Lata powojenne przyniosły znaczną rozbudowę sieci tramwajowej na Żoliborzu i Bielanach. W ślad za rozbudową sieci nie postępowało powiększanie zaplecza - obsługująca te okolice przed wojną remiza Muranów nie została odbudowana ze zniszczeń, natomiast prowizoryczna zajezdnia Żoliborz przy ulicy Słowackiego 45a była zbyt mała, nieprzelotowa (co utrudniało zjazdy i wyjazdy) i nie zapewniała właściwej obsługi wagonów (m.in. przez brak hali postojowej i niewystarczające zaplecze techniczne). Rozbudowa miasta i budowa huty spowodowała potrzebę rozwoju sieci tramwajowej na Żoliborzu - w ślad za tym musiała pójść rozbudowa zaplecza. Pierwsze przymiarki do budowy nowej zajezdni poczyniono już w 1954r. - powstały wtedy dwie koncepcje, według których zajezdnia miała mieć kształt prostokąta, posiadać dwie sześciotorowe hale - obsługi codziennej i remontową, 12-torową halę postojową oraz niezadaszone tory postojowe (kolejne 8 torów). Obie rozważane koncepcje różniły się jedynie rozmieszczeniem budynków względem siebie.
Sprawa ruszyła do przodu w 1955r., kiedy to uchwałą prezydium rządu została podjęta decyzja o budowie nowej zajezdni tramwajowej w północnej części Warszawy. Początkowo zakładano że nowa zajezdnia powstanie na Wawrzyszewie (w okolicy fortu), potem rozpatrywano lokalizacje w lasku młocińskim obok ówczesnej pętli Młociny oraz w okolicy skrzyżowania ulic Pstrowskiego i Marymonckiej. Ostatecznie nowa zajezdnia została zlokalizowana w bezpośrednim sąsiedztwie huty, w narożniku ulic Pstrowskiego i Encyklopedycznej. Po wyborze lokalizacji zmieniono część założeń projektowych - ostateczny projekt zatwierdzono do realizacji w 1957r. W nowym projekcie przewidziano budowę 3 hal - 6-torowej hali obsługi codziennej połączonej łącznikiem z kompleksem budynków hali remontowej (również 6-torowej) i postojowej (12-torowej), za którym miało się znaleźć 8 niezadaszonych torów odstawczych oraz budynki zaplecza administracyjno-socjalnego. Co ciekawe - w projekcie nie przewidziano wyjazdu awaryjnego z zajezdni. W 1958r. po wyborze wykonawcy - Miejskiego Przedsiębiorstwa Robót Inżynieryjnych rozpoczęto wreszcie budowę, która (mimo niezbyt dużego zakresu prac) trwała aż 5 lat.

Zajezdnia została uruchomiona w niedzielę 30 czerwca 1963r. Tego dnia rano tramwaje wyjechały na linie ze starej zajezdni przy ul. Słowackiego, po to by po zakończeniu kursowania zjechać do nowej zajezdni przy Pstrowskiego. Nową zajezdnię otwarto bez typowej dla tych czasów wielkiej pompy, również informacje prasowe na jej temat były co najwyżej skąpe. Nowa zajezdnia otrzymała nazwę Stacja Obsługi Tramwajów "Północ" im. Stefana Ostrowskiego. W dniu 15 lipca 1963r. na ścianie budynku administracyjnego wmurowano tablicę ku czci patrona (pracownika tramwajów i działacza związkowego w latach 30-tych).

Zajezdnia R-4 Żoliborz zajmuje obszar 10,2ha w kształcie nieregularnego wieloboku. Od wschodu przylega do ul. Encyklopedycznej (obecnie ul. Książąt Mazowieckich), od południa do ul. Pstrowskiego (obecnie Zgrupowania AK "Kampinos" - tu znajduje jedyny wjazd/wyjazd z terenu zajezdni), od północy i zachodu do terenu huty (dawnej Huty "Warszawa", obecnie będącej własnością koncernu Arcelor-Mittal).
Na terenie zajezdni zbudowano dwie hale - 6-torową halę obsługi codziennej oraz położoną na południe od niej halę remontową, również 6-torową. Obie te hale są budynkami jednokondygnacyjnymi, o konstrukcji słupowo-ryglowej, ze ścianami osłonowymi z cegły i doświetleniem z luksferów. Hala obsługi codziennej o wymiarach 36,5x102m jest całkowicie podpiwniczona, sieć trakcyjna znajduje się w niej nad wszystkimi torami, każdy tor jest zamknięty bramami łamanymi, otwieranymi ręcznie. Hala remontowa miała wymiary 36,5x60m, sieć trakcyjna znajduje się w niej tylko nad torami 1-4 (tory 5 i 6 nie posiadają sieci z powodu istniejącej między nimi suwnicy). Każdy tor był zamknięty bramami łamanymi, otwieranymi ręcznie. Obie hale połączone zostały ze sobą budynkiem warsztatowym. Tor wyjazdowy z hali remontowej rozwidla się umożliwiając wjazd zarówno na tor wyjazdowy z zajezdni jak i z powrotem do hali obsługi codziennej.
Na południe od obu hal umiejscowiono 20-torowe pole postojowe (o wymiarach 133m x 82m) - wszystkie znajdujące się tam stanowiska postojowe były niezadaszone. W obu halach odległość między osiami torów wynosiła 5,5m, natomiast na torach postojowych - 4m. Wyjazd z pola postojowego prowadził tylko na tor wyjazdowy z zajezdni. Wokół głównego obszaru zajezdni zbudowany został dodatkowy, pojedynczy tor objazdowy (obecnie częściowo wykorzystywany także jako 21 tor postojowy). Wbrew pierwotnym założeniom, nie zbudowano właściwej hali postojowej, tym samym wszystkie wagony stacjonowały pod gołym niebem. Na południe od terenu obsługi i postoju tramwajów zlokalizowano budynki zaplecza administracyjno-technicznego oraz kotłownię.
Według założeń każdy wagon zjeżdżający z miasta przejeżdżał przez halę OC, gdzie wykonywano przegląd i usuwano ewentualne drobne usterki, a następnie przejeżdżał na tory postojowe lub (w razie potrzeby) do hali remontowej (gdzie wykonywano poważniejsze naprawy). Niestety układ ten nie sprawdził się przy dużej ilości awarii - szybko okazało się że 15 stanowisk przeglądowych było liczbą zdecydowanie niewystarczającą i nie pozwalało na utrzymanie taboru w pełnej sprawności.

Zajezdnia została zaprojektowana do obsługi taboru klasycznego i już po krótkim czasie okazało się że wymaga modernizacji. Pierwszy projekt przebudowy powstał już w 1965r., a jego podłożem była planowana wymiana całości taboru na szybkobieżny. W ramach tegoż projektu (zrealizowanego pod koniec lat 60-tych) przewidziano m.in. budowę dodatkowych 4 torów postojowych od strony ul. Encyklopedycznej (równolegle do toru wjazdowego) oraz budowę drugiego toru prowadzącego do hali obsługi codziennej. Nowo zbudowane tory były przewidziane na wagony oczekujące na przegląd (obsługę codzienną). Po rozbudowie układu torowego zajezdnia mogła pomieścić 130 dwuwagonowych składów tramwajów szybkobieżnych. W 1972r. na obu torach prowadzących do hali obsługi codziennej zbudowana została myjka zewnętrzna. W tym samym roku, w zwišzku z rezygnacją z obsługi konduktorskiej w tramwajach, przebudowano nieużywaną już salę konduktorską na bufet i świetlicę. Ta przebudowa była poniekąd skutkiem zajęcia pierwotnie projektowanego budynku klubu-stołówki (usytuowanego bezpośrednio przy wjeździe do zajezdni) przez dział kontroli biletów MZK (budynek ten obecnie znajduje się we władaniu Zarządu Transportu Miejskiego). W 1985r. dobudowano kolejne dwa tory postojowe, tym razem od strony huty (dojazd do nich jest możliwy tylko z toru 5 i 6 hali obsługi codziennej, zjazd - tylko na tor obwodowy). W 1990r. dobudowano z kolei drugi tor za halą obsługi codziennej - tor ten jest obecnie wykorzystywany jako objazdowy oraz do prób ruchowych, natomiast starszy tor położony bliżej hali służy jako postojowy (m.in. dla nowych wagonów będących w trakcie procedury przyjmowania na stan zajezdni). Na początku lat 90-tych zajezdnia została podłączona do miejskiej sieci ciepłowniczej, tym samym dotychczasowa kotłownia stała się zbędna. Jej budynek przetrwał jednak aż do 2007r. - wtedy to został rozebrany, a na jego miejscu rok później zbudowano halę tokarki podtorowej.
W 2010r. w hali obsługi codziennej zamontowano stanowiska do napełniania piasecznic, w tym samym roku przebudowano także halę remontową dostosowując ją do obsługi tramwajów niskopodłogowych. Dostawy nowych wagonów wymusiły potrzebę dalszej rozbudowy układu torowego - efektem było zbudowanie w 2012r. dodatkowych 5 torów postojowych przy hali tokarki podtorowej (z racji niewielkiej ilości miejsca tory te mają kształt zbliżony do okręgu).
W listopadzie 2013r. w związku ze zmianami organizacyjnymi w Tramwajach Warszawskich zajezdnia zmieniła nazwę na Zakład Realizacji Przewozów R-4 Żoliborz.

W latach 2014-2016 nastąpiła gruntowna modernizacja zajezdni. W 2014r. wyremontowano i zmodernizowano halę remontową (m. in. powstał kanał obsługowy pod torem nr 4), w 2015r. wydłużono halę remontową o 36m (przedłużona część wykonana jest z konstrukcji stalowej z wypełnieniem lekkimi płytami warstwowymi). We wnętrzu utrzymano układ ze starszej części (z kanałami obsługowymi pod torami nr 1-4 oraz z pomostami obsługowymi nad torami nr 3 i 4). W 2016r. w taki sam sposób (konstrukcja stalowa z wypełnieniem lekkimi płytami warstwowymi) wydłużono o 36m halę obsługi codziennej, co pozwoliło uzyskać dodatkowe 6 stanowisk obsługowych.
Również w 2016 zbudowano halę postojową. Budowa była realizowana w 3 etapach - w pierwszym wykonano halę o szerokości 24 m (6 torów), zlokalizowaną od strony hali remontowej, w drugim etapie - halę o szerokości 26m (6 torów), w trzecim - zadaszenie o szerokości 28m (8 torów). Nowy budynek ma długość 131m, szerokość 78m i wysokość 10,4m, co pozwala na garażowanie 80 tramwajów niskopodłogowych (48 w części halowej i 32 w części zadaszonej).
W planach była realizacja kolejnego budynku, usytuowanego na miejscu obecnej myjni zewnętrznej. Przewidywany budynek miał być trzykondygnacyjny, mieścić myjnię wewnętrzną (na jednym torze) i lakiernię (2 kabiny lakiernicze - na drugim torze), obok budynku (na trzecim torze) miała znaleźć się nowa myjnia zewnętrzna. Na wyższych kondygnacjach miały znajdować się pomieszczenia warsztatowe i socjalne. Budynek miał powstać w 2017r., realizacja została jednak odsunięta w czasie.

Do nowej zajezdni przeniesiono tabor ze zlikwidowanej zajezdni przy ul. Słowackiego - trafiły więc tu wagony silnikowe typu K oraz doczepne typów P14, P15 i ND. W trakcie 1963 roku dotarły tu także pierwsze wagony szybkobieżne typu 13N - najpierw 14 fabrycznie nowych (o numerach taborowych 7, 30, 32, 33, 35, 36, 38-45), a pod koniec tego roku - 18 dalszych przeniesionych z zajezdni Mokotów (o numerach taborowych 12-29). W 1963r. do żoliborskiej zajezdni trafiły także wagony typu PN (o numerach taborowych 0-606 do 0-611). Pod koniec 1963r. zajezdnia posiadała 6 wagonów typu PN, 32 wagony 13N, 43 wagony typu K, oraz 47 wagonów doczepnych. W kolejnych latach dostarczono następne fabrycznie nowe wagony 13N (w 1965r. nr tab. 114-210, w 1966r. 211-334). W miarę napływu nowych wagonów typu 13N wagony klasyczne (w tym także wagony PN) były oddawane do innych zajezdni, tak że od 1966r. w zajezdni stacjonowały już tylko wagony szybkobieżne. Nie zatrzymało to dostaw nowych "trzynastek" - do 1969r. (czyli do zakończenia dostaw wagonów tego typu) żoliborska zajezdnia otrzymywała fabrycznie nowe wagony, równocześnie oddając starsze egzemplarze 13N na inne zajezdnie. Zajezdnia, jako najnowocześniejsza i mająca największe doświadczenie w obsłudze nowoczesnego taboru była także poligonem doświadczalnym dla różnych odmian 13N - tak więc przejściowo stacjonowały tu wagony 14N+14ND (własność Konstalu, w Warszawie na próbach w 1967r.) oraz 15N (własność Konstalu, na próbach w 1967r). W latach 1968-1969 na zajezdni stacjonowały jedyne w Warszawie stycznikowe "trzynastki" - przebudowane w stolicy wagony 251+201 i 5+6 oraz wyprodukowane na ich podstawie w chorzowskim Konstalu wagony 13NS+13NSD (numery taborowe 534-539). Wagony stycznikowe nie spełniły jednak pokładanych oczekiwań i w 1969r. otrzymały klasyczną aparaturę rozruchową. Kolejną ciekawostką był wagon 13N o numerze taborowym 504 z tyrystorowym układem rozruchu - testowany w latach 1969-1972.

Przez wiele lat R-4 Żoliborz była królestwem wagonów 13N (w 1974r. było tu 246 wagonów 13N), dopiero w 1995r. do zajezdni trafiły pierwsze stopiątki - skład wagonów 105Nf o numerach taborowych 1454+1453. Kolejne stopiątki trafiły na Żoliborz na początku 1997 roku - wtedy to wpisano na stan zajezdni 4 wagony typu 105Nm o numerach taborowych 1467-1470. Dopiero od 1998r. na R-4 Żoliborz zaczęły trafiać wagony 105Na, przenoszone tu z innych zajezdni - pierwszym takim składem był 1156+1157 (przekazany 30 lipca tego roku z R-1 Wola). W kolejnych latach "dostawy" tych wagonów utrzymywały się, a od 1999r. trafiały także wagony z zajezdni praskiej. Szczyt przeniesień wagonów 105Na nastąpił w latach 2011-2012r. w zwišzku z dostawami nowych tramwajów do zajezdni Praga - na Żoliborz przekazano wtedy 63 wagony tego typu (34 w 2011r. i 29 w 2012r.).

Oczywiście, na zajezdnię docierały także wagony fabrycznie nowe - i tak w maju 2000r. na stan zajezdni wpisano wagon 116Na/1 o numerze taborowym 3030 (był to pierwszy w zajezdni tramwaj niskopodłogowy - z powodu problemów w obsłudze wagon ten został jednak 1 czerwca 2003r. przekazany na R-3 Mokotów), a w 2001r. trafiło tu 30 wagonów 105N2k/2000. Nowe wagony były dla zajezdni olbrzymim skokiem technologicznym, pozwalając przygotować zaplecze i motorniczych na kolejne nowe tramwaje. Stały się nimi całkowicie niskopodłogowe wagony typu 120Na Swing (do końca 2013r. trafiło tu 65 wagonów tego typu). Ciekawostką natomiast stały się - pierwsze od ponad 40 lat - wagony dwukierunkowe typu 120Na DUO (Swing DUO) których 6 sztuk trafiło w 2012r. celem obsługi nowobudowanego odcinka trasy tramwajowej na Tarchomin. Dostawy nowych wagonów pozwoliły na stopniową redukcję starzejących się "trzynastek" - pod koniec 2009r. było ich jeszcze 160, na początku 2012r. już tylko 78, a na początku 2013r. - tylko 14 wagonów. Ostatnie tramwaje 13N zostały skreślone z zajezdni Żoliborz 14 stycznia 2013r. - tym samym skończyła epoka "trzynastek" w historii zajezdni, a ich rolę przejęły nowoczesne wagony 120Na. Równocześnie ujednolicono stacjonujący w zajezdni tabor - wagony 105Nf przekazano w 2012r. na zajezdnię R-2 Praga, wagony 105Nm oddano w latach 2010-2012 na zajezdnię R-3 Mokotów, natomiast tramwaje 105N2k/2000 w latach 2011-2013 przeniesiono na zajezdnię R-1 Wola. Przez prawie 2 lata żoliborska zajezdnia posiadała na stanie tylko 3 typy wagonów - 105Na, 120Na Swing i 120Na DUO (Swing DUO), w 2015r. pojawiły się kolejne dwukierunkowe wagony niskopodłogowe - 128N Jazz DUO. W 2021r. w żoliborskiej zajezdni zagoœcił następny typ dwukierunkowych wagonów niskopodłogowych - koreańskie 140N.