1902年（清光緒二十八年），國學大師、教育家孫詒讓商請溫處道童兆蓉和溫州知府王琛，將溫州府屬中山書院改為溫州府學堂。

1906年（光緒三十二年），溫州地方當局決定以舊校士館為址創(chuàng)建溫州師范學堂。

1908年學堂建成。師范學堂后易名溫州師范學校、浙江第十師范學校。

1923年（民國十二年），教育部新學制（壬戌學制）要求將各地省立師范學校并入當?shù)厥×⒅袑W。于是十師和十中合并，校名仍是浙江省立第十中學校。

1933年學校改名浙江省立溫州中學。

1939-1945年間，溫州三次淪陷，學校數(shù)度遷址，先后在青田水南、村頭、南田和泰順江口等地辦學。

1946年，浙江省浙東第三臨時中學歸并浙江省立溫州中學。

1953年，學校被確定為全省14所中學之一。

1954年8月，校名改為浙江省溫州第一中學。學校由中學改為高級中學。

1959年，浙江省調(diào)整中學，溫州一中為全省16所中學之一。

1966年開始的“文化大革命”，給學校帶來災難性的破壞。

1981年被定為省辦好的18所中學之一。

1985年，學校復名“浙江省溫州中學”，并再次由中學改制為高級中學。

1995年，學校被批準為浙江省一級中學。

2002年秋，為進一步提高辦學水平，學校整體遷移到占地338畝、投資約2億元的梧埏新校舍。

2006年起，由中央撥款千萬元資助學校創(chuàng)建新疆班，籌建中的新疆班為溫州中學民族部的一個重要組成部分，選址在溫州中學現(xiàn)校址的南部。

2007年，溫州中學新疆部新校區(qū)建成投入使用。

截至2010年，浙江省溫州中學占地338畝（其中水域約占30%，綠化占地面的40%），校舍建筑面積共7.67萬平方米，建有教學樓、科學館（內(nèi)有天文氣象臺）、實驗樓、圖書館（含學生電子閱覽室）、體育館、藝術(shù)樓（內(nèi)含校史館）、學生宿舍、教師休息樓、食堂、行政辦公樓、英語島、生物島。同時還建有標準的田徑場、網(wǎng)球場和室內(nèi)太陽能游泳池，校園內(nèi)有計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)、多媒體廣播系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、一卡通管理系統(tǒng)等。

浙江省溫州中學電教、實驗、勞技設備、體育器材配備，均按浙江省一級中學的Ⅰ類標準配置。學校建設有教育信息中心、校園網(wǎng)絡系統(tǒng)、CATV系統(tǒng)、校園公共廣播系統(tǒng)和多媒體教學系統(tǒng)等。圖書館藏書共計99713冊，雜志225種，報紙55種。

截至2010年，浙江省溫州中學共有在職教職工227人，其中特級教師4名，高級教師82名，省、市級優(yōu)秀教師和教壇新秀三十人以上，市“551”人才工程5人，市“221”名師名校長培養(yǎng)對象12人，省級名師名校長培養(yǎng)計劃7人。