1906年(清光绪三十二年),晚清进士金文田与挚友褚传诰,学生王文桂、陈镜人等,以旧校士馆为校舍,创办了天台中学堂。
1906年6月报省立案,定学制为5年。1908年,中央学部正式批准。
1912年(民国元年),施行《壬子癸丑学制》,改校名为天台中学校。
1922年,改校名为天台县立初级中学校。
1925年,复改校名为天台县立初级中学。 1938年(民国27年),孙德中出任校长,增设高中初习班,试办高中。
1939年,经省立案,正式增办高中部,改校名为天台县立中学。
1949年5月天台解放,天台县人民政府接办天台中学,实行校务委员会制。同年秋,简师并入。
1953年2月,改校名为浙江省天台中学,成为省属中学。秋,私立育青中学高中部并入。
1958年夏增办“天台大学”(翌年停办)。
1961年秋,赤城中学并入。分设初、高中两部,定赤城中学校址为高中部,原天台中学校址为初中部。
1966年“文化大革命”开始,招生停止,学校陷入混乱之中。 1968年,恢复初中招生,学制2年。
1969年秋,城关镇民办初中并入。
1970年,高中恢复招生,学制为2年。
1978年秋,天台中学分为两校:浙江省天台第一中学、浙江省天台第二中学。
1986年5月,天台第一中学复名为浙江省天台中学。
1991年6月,天台中学与天台二中合并,统称为天台中学,分为二部:高中部和初中部。
1992年6月再次调整,将高中部称为浙江省天台中学,初中部称为城关中学。
1997年3月,学校被确认为浙江省一级重点中学。
2014年,学校被列为浙江省一级普通高中特色示范学校。