浙江省温州中学创办于1902年，初名“温州府学堂”，后历经“温州府中学堂”、“浙江省立第十中学”、“浙江省立温州中学”、“浙江省温州市第一中学”等时期，1985年更名为“浙江省温州中学”。作为一所百年老校，温州中学校史坎坷，经历了三个时期才得以发展壮大。
建校初期
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。
改革兴盛
1978年，学校重新被确定为省、市重点中学。
1981年被定为省首批办好的18所重点中学之一。
1985年，学校复名“浙江省温州中学”，并再次由完全中学改制为高级中学。
1995年，学校被批准为浙江省一级重点中学。
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。