1891年2月，陕西西安府知府文启下令，由咸宁、长安两县令焦云龙、胡生猷组织监督，将“崇化书院”移建至东厅门校区所在地，从而开西安高级中学历史之先河。
1894年，在洋务运动影响下，由萧开秦在书院旧址上创办“游艺学塾”。
1902年，陕西藩台樊增祥，巡抚允升改“游艺学塾”为“陕西大学堂”，亦称“关中大学堂”，成为陕西历史上第一个高等学府。
1905年秋，陕西巡抚夏时改“陕西大学堂”为“陕西高等学堂”。
1912年（民国元年），实行新学制之后开办“秦省一中”，历时一年。
1913年，西安起义结束后，中华民国秦军政分府大都督张凤翙拟创办西北大学，遂将“秦省一中”改为“西北大学预科”。
1915年，袁系军阀陆建章将“西北大学预科”改为“陕西法政专门学校”，设法科、政治、经济各本科，历时8年。
1924年1月，驻陕军阀刘镇华将原“陕西法政专门学校”与李仪祉所办的“水利道路工程学校”合并，改名为“国立西北大学”。
1927年1月大革命时期，国共合作在原“西北大学”基础上基础上创办“西安中山学院”。
1928年，冯玉祥部下石敬亭解散西安中山学院，成立“西安中山大学”。
1931年，杨虎城出任陕西省主席后，为振兴陕西教育，学校更名为“陕西省立高级中学校”。
1934年，学校更名为“陕西省立西安高级中学校”，简称“西安高中”。
1949年9月，学校更名为“陕甘宁边区西安高级中学”，并将当时兴国中学、中正中学部分学生并入。 1950年11月，学校更名为“陕西省西安高级中学”。
1955年，由西安市政府领导，学校更名为“西安市高级中学”。
1958年，经西安市中学统一规划后，学校更名为“西安市第二十中学”。
1986年10月，学校经上级相关部门批准，恢复“西安高级中学”校名。
2007年，该校成立“珍珠班”，专门用来资助“双特”（成绩特优、家庭特困）学生。
2009年9月，西安高级中学在凤城八路开建新校区。
2012年，学校被授予“西安市艺术教育示范学校”。
2012年5月，经西安市教育局批准，西安高级中学博爱中学部成立，设初中部和高中部。该部由西安博爱国际学校提供设备和场地，西安高级中学独立招生、独立选聘教师、独立开展教育教学活动、独立进行管理。
2013年，学校被授予“陕西省艺术教育示范学校”。
2013年，学校搬迁至凤城八路西安高级中学新校区。
