1902年（清光绪二十八年），国学大师、教育家孙诒让商请温处道童兆蓉和温州知府王琛，将温州府属中山书院改为温州府学堂。
1906年（光绪三十二年），温州地方当局决定以旧校士馆为址创建温州师范学堂。
1908年学堂建成。师范学堂后易名温州师范学校、浙江第十师范学校。
1923年（民国十二年），教育部新学制（壬戌学制）要求将各地省立师范学校并入当地省立中学。于是十师和十中合并，校名仍是浙江省立第十中学校。
1933年学校改名浙江省立温州中学。
1939-1945年间，温州三次沦陷，学校数度迁址，先后在青田水南、村头、南田和泰顺江口等地办学。
1946年，浙江省浙东第三临时中学归并浙江省立温州中学。
1953年，学校被确定为全省14所中学之一。
1954年8月，校名改为浙江省温州第一中学。学校由中学改为高级中学。
1959年，浙江省调整中学，温州一中为全省16所中学之一。
1966年开始的“文化大革命”，给学校带来灾难性的破坏。
1981年被定为省办好的18所中学之一。
1985年，学校复名“浙江省温州中学”，并再次由中学改制为高级中学。
1995年，学校被批准为浙江省一级中学。
2002年秋，为进一步提高办学水平，学校整体迁移到占地338亩、投资约2亿元的梧埏新校舍。
2006年起，由中央拨款千万元资助学校创建新疆班，筹建中的新疆班为温州中学民族部的一个重要组成部分，选址在温州中学现校址的南部。
2007年，温州中学新疆部新校区建成投入使用。
截至2010年，浙江省温州中学占地338亩（其中水域约占30%，绿化占地面的40%），校舍建筑面积共7.67万平方米，建有教学楼、科学馆（内有天文气象台）、实验楼、图书馆（含学生电子阅览室）、体育馆、艺术楼（内含校史馆）、学生宿舍、教师休息楼、食堂、行政办公楼、英语岛、生物岛。同时还建有标准的田径场、网球场和室内太阳能游泳池，校园内有计算机网络系统、多媒体广播系统、监控系统、一卡通管理系统等。
浙江省温州中学电教、实验、劳技设备、体育器材配备，均按浙江省一级中学的Ⅰ类标准配置。学校建设有教育信息中心、校园网络系统、CATV系统、校园公共广播系统和多媒体教学系统等。图书馆藏书共计99713册，杂志225种，报纸55种。
截至2010年，浙江省温州中学共有在职教职工227人，其中特级教师4名，高级教师82名，省、市级优秀教师和教坛新秀三十人以上，市“551”人才工程5人，市“221”名师名校长培养对象12人，省级名师名校长培养计划7人。
