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。