แต่เดิมโรงเรียนปทุมวิไล ตั้งอยู่ในบริเวณวัดสำแล ตำบลบ้านกระแชงมอญ อำเภอบางกะดี อยู่ทางด้านเหนือติดกับปากคลองส่งน้ำดิบการประปา (บริเวณโรงกรองน้ำดิบในปัจจุบัน) ปัจจุบันได้เปลี่ยนเป็นตำบลบ้านกระแชง อำเภอเมืองปทุมธานี

• พ.ศ. 2441 ท่านพระครูอุตตฺโมรุวงศ์ธาดา (ศุข) เจ้าอาวาสวัดสำแล ได้ริเริ่มก่อตั้งโรงเรียนขึ้น และทำหน้าที่สอนพระ เณรและเด็กๆ ในบริเวณใกล้เคียง โดยใช้ศาลาการเปรียญของวัดเป็นที่สอน ชื่อว่า “โรงเรียนวัดสำแล”
  
• ปี พ.ศ. 2455 ได้สร้างอาคารเรียนหลังแรกขึ้น เนื่องจากมีผู้ส่งบุตรหลานมาเรียนเป็นจำนวนมากขึ้น ที่เรียนเดิมไม่เพียงพอ และคับแคบเกินไป จึงได้นำเงินส่วนตัวและบอกบุญกับผู้มีจิตศรัทธา ร่วมกันบริจาคเงินสร้างอาคารเรียนขึ้นเป็นอาคารไม้สองชั้น หลังคามุงด้วยใบจาก โดยเปิดสอนในระดับชั้นประถมศึกษา
  
• ปี พ.ศ. 2457 ได้เปิดสอนในระดับมัธยมศึกษาขึ้นระหว่างปี พ.ศ. 2463-2466 อาคารเรียนหลังแรกชำรุดทรุดโทรมมาก พระครูอุตตฺโมรุวงศ์ธาดา ได้บอกบุญกับผู้มีจิตศรัทธาบริจาคเงินสมทบกับงบประมาณของทางราชการ เพื่อสร้างอาคารเรียนหลังใหม่ เป็นอาคารไม้สองชั้น ทรงปั้นหยามีหน้ามุขตรงกลางยื่นออกมาด้านหน้า หลังคามุงด้วยกระเบื้อง จำนวน 7 ห้องเรียน และในปี พ.ศ. 2465 เจ้าพระยาธรรมศักดิ์มนตรี เสนาบดี กระทรวงธรรมการ มาเป็นประธานในพิธีเปิดอาคารเรียนและให้ชื่อโรงเรียนว่า “โรงเรียนปทุมวิลัย” มีนายจี้ รักบ้านเกิด เป็นครูใหญ่คนแรก ในช่วงเวลาดังกล่าว โรงเรียนได้ถูกเปลี่ยนชื่อหลายครั้ง เป็นโรงเรียนปทุมวิทยาลัย บ้าง โรงเรียนประทุมาวิลัยบ้าง
  
• ปี พ.ศ. 2477 ท่านพระครูอุตตโมรุวงศ์ธาดา ได้พิจารณาเห็นว่า คำว่า “วิลัย” มีความหมายไม่เหมาะสม จึงได้เปลี่ยนจาก คำว่า “วิลัย” เป็น “วิไล” ซึ่งแปลว่า สวย งาม โรงเรียนจึงได้ใช้ชื่อ “ปทุมวิไล” ตั้งแต่นั้นมา ภายหลังสงครามโลกครั้งที่สอง รัฐบาลได้จัดระบบโรงเรียนให้เป็นแบบเดียวกันทั่วประเทศ กำหนดให้มีโรงเรียนประจำจังหวัดปทุมธานี “ปทุมวิไล” ขึ้น ใช้อักษรย่อ “ป.ธ.1” และต่อมาได้เปลี่ยนชื่อเป็น โรงเรียนปทุมธานี “ปทุมวิไล” และใช้อักษรย่อ “ป.ท.1” เป็นโรงเรียนประจำจังหวัดชายแห่งแรกของจังหวัดปทุมธานี
  
• ปี พ.ศ. 2501 อาคารเรียนหลังเก่าชำรุดทรุดโทรมมาก นายบุลวิช สุวรรณประไพ อาจารย์ใหญ่ในขณะนั้นได้ประสานกับทางราชการ เพื่อจัดหางบประมาณในการก่อสร้างอาคารเรียนใหม่เป็นอาคารไม้ 2 หลัง แต่เนื่องจากพื้นที่เดิมคับแคบ ผู้ปกครองส่งบุตรหลานมาเข้าเรียนจำนวนเพิ่มขึ้น นักเรียนมีมากขึ้น อีกทั้งการคมนาคมไม่สะดวก ท่านจึงได้ร่วมกับชุมชนในการจัดหาที่ดินแห่งใหม่ในการก่อสร้างอาคารเรียน และได้ย้ายโรงเรียนจากวัดสำแลมาตั้งอยู่ในพื้นที่ตั้งปัจจุบันนี้ และได้กระทำพิธีเปิดอาคารเรียนอย่างเป็นทางการโดย ฯพณฯ หม่อมหลวงปิ่น มาลากุล รัฐมนตรีว่าการกระทรวงศึกษาธิการ เมื่อวันที่ 6 กุมภาพันธ์ 2503 และได้มีการเปลี่ยนชื่อโรงเรียนอีกครั้งหนึ่งเมื่อวันที่ 23 พฤศจิกายน 2503 เป็น “โรงเรียนปทุมวิไล” ใช้อักษรย่อว่า “ป.ว.” นับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา โรงเรียนจึงได้ถือเอาวันที่ 6 กุมภาพันธ์ ของทุกปี เป็นวันคล้ายวันสถาปนาโรงเรียนปทุมวิไล

โรงเรียนปทุมวิไลเป็นโรงเรียนประจำจังหวัดชายมีนักเรียนหญิงเฉพาะระดับมัธยมศึกษาตอนปลายจนถึง ปีการศึกษา 2540 โรงเรียนได้รับอนุญาตให้รับนักเรียนหญิงเข้ามาเรียนในระดับมัธยมศึกษาตอนต้นด้วย โรงเรียนปทุมวิไลจึงเป็นโรงเรียนสหศึกษาทั้งระบบตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา