1951年，中华人民共和国政务院提议在清华大学开办清华大学附设工农速成中学。
1957年，清华大学附设工农速成中学被改制为北京市104中学。
1960年，按照时任北京大学校长陆平“小学－中学－大学－研究生院，四级火箭”的思路，由北京大学牵头将北京市104中学改为北京大学附属中学，首任校长由时任北京大学教务长尹企卓担任，并从北京大学各个院系抽调了青年教师补充附中的教师队伍。
“文化大革命”爆发后，北京大学附属中学因其特殊的政治地位，成为政治风暴的中心，受到迷惑和鼓动的青年学生爆发出野蛮的力量，和临近的清华大学附属中学成立了全中国最早的数个红卫兵组织。
文革结束后，学校办学恢复正常。
1978年，该校成为北京市重点中学。
1998年，承办北京市北达资源中学。
2000年，在广东深圳开办北大附中深圳南山分校。
2002年，成为北京市示范性普通高中。
2010年，高中部实行单元制，原有行政班由全新的跨年级学生社区实体——六个单元所取代。
2012年，由国际部学生组成的七单元成立，单元色属灰。
2013年，单元制升格为书院制。
2014年，元培书院更名为明德书院，博雅书院更名为至善书院，道尔顿书院更名为新民书院。
2015年9月，北京大学在异地创办的第一所学校北大附中天津东丽湖学校投入使用。
截至2010年9月，北京大学附属中学占地70亩，建筑面积65000平方米；共有高中教学班34个，初中教学班16个，学生共2500多人，其中新民书院为国际部，是北京大学附属中学和美国Hotchkiss高中合作创建的项目。 此外，北京大学附属中学还设有北大附中深圳南山分校、北大附中天津东丽湖学校，承办北京市北达资源中学。
北大附中深圳南山分校是一所成立于2000年的集小学、初中、高中为一体的寄宿制国有民办学校。
北京市北达资源中学是一所成立于1998年的由北京大学资源集团申办，北大附中承办的民办中学。
注：北京大学附属中学除在广东深圳设立分校以外，其余冠名“北大附中“的学校均与北京大学附属中学没有隶属、合作等关系。
截至2011年8月，北京大学附属中学建有教学实验楼、图书馆、体育馆、学生宿舍、食堂，建筑面积共4万平方米，设有闭路电视系统、计算机系统、多媒体辅助教学一体化校园网络。该校图书馆（又称北京大学图书馆分馆）的前身是清华速成中学图书馆，实现电子检索，共享北大图书馆资源，由学术报告厅、综合阅览室、外文原版图书阅览室、教师阅览备课区及“康幔屋”休闲体验区等部分组成，总面积3000平方米，可供400余名读者阅览和自习。
截至2010年9月，北京大学附属中学共有在岗教师188人，其中特级教师15人，高级教师119人，全国先进教育工作者6人，全国优秀教师2人。市区学科带头人和骨干教师56人，硕士以上学历教师39人。
2010年，北京大学附属中学高中部实行单元制，原有行政班由全新的跨年级学生社区实体——六个单元所取代。其中，一至四单元为常规单元；五单元为竞赛方向；六单元为自主出国方向；六个单元分别被赋予橙黄绿青蓝紫六种象征色。设立单元自治会，学生自主管理公共事务，如装修及管理活动室、策划及组织单元活动等。
2012年，由国际部学生组成的七单元成立。
2013年，单元制升格为书院制，七个书院分别命名为“格物”、“致知”、“诚意”、“正心”、“元培”、“博雅”、“道尔顿”。于此同时确立书院议事会与公民教育课程。
2014年，七个书院部分更名（元培书院更名为明德书院，博雅书院更名为至善书院，道尔顿书院更名为新民书院）。设立专职书院指导教师、继续营造书院归属、强化书院自治、传承书院文化。
从2014至2015学年起，不再设置书院长，书院由学生自治会管理，由成长辅导处老师对其工作进行指导。
北京大学附属中学与日本早稻田大学本庄高等学院、济济黉高中、清风学园，美国康科德中学、希德威尔中学、吉墨斯河谷中学，法国德比西中学，澳大利亚凯礼中学，加拿大勒库姆中学，新加坡南洋女子中学（Nanyang Girls' High School），新加坡莱弗士（Raffles）书院等学校建立友好关系，定期举办师生互访等交流活动。
美国麻省理工学院和斯坦福大学的学生连续两年到该校进行计算机网络应用和创业实践培训，该校与日本早稻田大学本庄高等学院、济济黉中学、清风学园，加拿大勒库姆中学等学校建立了友好关系，每年举办师生互访等交流活动。
截至2010年9月，北京大学附属中学学生在国际中学生学科奥林匹克竞赛中，获奖牌14块，其中金牌9块；在一、二、三届北京市“雷达杯”科学英才少年大奖赛中，均获得第一名；10人获北京市中学生最高荣誉奖金帆奖，16人获银帆奖。
2012年，在第29届全国中学生物理竞赛中，北京大学附属中学学生王思真获决赛金牌（全国第三名），乔袭明决赛金牌（全国第八名）；此外，获北京赛区省级一等奖人数为6人，二等奖获奖人数为14人，三等奖获奖人数为3人。
