โรงเรียนวิทยาศาสตร์จุฬาภรณราชวิทยาลัย ชลบุรี เป็น 1 ใน 12 โรงเรียนที่กรมสามัญศึกษาจัดตั้งขึ้นเพื่อเฉลิมพระเกียรติ เนื่องในโอกาสที่สมเด็จพระเจ้าน้องนางเธอ เจ้าฟ้าจุฬาภรณวลัยลักษณ์ฯ กรมพระศรีสวางควัฒน วรขัตติยราชนารี ทรงเจริญพระชนมายุครบ 3 รอบ ในวันที่ 4 กรกฎาคม พ.ศ. 2536 ด้วยสำนึกในพระกรุณาธิคุณที่ทรงมีต่องานด้านวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี และสิ่งแวดล้อม สนองตามพระราชประสงค์ ที่ทรงมุ่งมั่นส่งเสริมคุณภาพชีวิตในด้านความเป็นอยู่ และการศึกษาของประชาชน โดยเฉพาะในท้องถิ่นห่างไกล โดยให้โอกาสแก่เยาวชนที่มีความสนใจและมีความสามารถด้านนี้ตั้งแต่เยาว์วัย โดยมีวัตถุประสงค์ในการจัดตั้งดังนี้

• เพื่อเป็นการเฉลิมพระเกียรติเนื่องในโอกาสที่สมเด็จพระเจ้าน้องนางเธอ เจ้าฟ้าจุฬาภรณวลัยลักษณ์ฯ กรมพระศรีสวางควัฒน วรขัตติยราชนารี ทรงเจริญพระชนมายุ ครบ 3 รอบ
• เพื่อเป็นสถานศึกษาในระดับมัธยมศึกษาที่ฝึกทักษะความรู้ความสามารถของนักเรียนด้านวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี และสิ่งแวดล้อม ตั้งแต่วัยเยาว์ ซึ่งเป็นการเตรียมบุคลากรไว้รองรับโครงการด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีของประเทศ
• เพื่อส่งเสริมให้นักเรียนที่เรียนดี มีความสามารถทางด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีได้มีโอกาสเพิ่มมากขึ้น ในการเข้าเรียนในระดับชั้นมัธยมศึกษา และได้พัฒนาความรู้พื้นฐานในด้านนี้อย่างเข้มข้น นำไปสู่การแก้ปัญหาและปรับปรุงสิ่งแวดล้อมให้ได้ผลอย่างแท้จริง
• เพื่อเป็นสถานศึกษาระดับมัธยมศึกษาตัวอย่าง ในด้านการฝึกอบรมนักเรียน ให้เป็นกุลบุตรกุลสตรี ที่เพียบพร้อมด้วยจริยธรรม สามารถพึ่งพาตนเองได้ และเป็นประโยชน์ต่อสังคม

โดย ฯพณฯ สุขวิช รังสิตพล รัฐมนตรีว่าการกระทรวงศึกษาธิการในขณะนั้น มีประกาศจัดตั้งโรงเรียน เมื่อวันที่ 19 มีนาคม พ.ศ. 2539 บนที่ดินขนาด 110 ไร่ 2 ตารางวา ที่ได้รับบริจาคจากประโยชน์ เนื่องจำนงค์ อดีตรัฐมนตรีช่วยว่าการกระทรวงอุตสาหกรรม และอดีตสมาชิกสภาผู้แทนราษฎรจังหวัดชลบุรี และรำแพน เนื่องจำนงค์ ภรรยา เริ่มจัดการเรียนการสอนครั้งแรกในปีการศึกษา 2541

ในปี พ.ศ. 2551 สำนักงานคณะกรรมการการศึกษาขั้นพื้นฐานร่วมกับโรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์จัดดการเรียนการสอนหลักสูตรวิทยาศาสตร์ของโรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ที่โรงเรียนจุฬาภรณราชวิทยาลัยในระดับมัธยมศึกษาตอนปลาย โรงเรียนละ 1 ห้องเรียน ห้องเรียนละ 24 คน โดยมีโรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์เป็นโรงเรียนต้นแบบ และพัฒนาบุคลากร รวมทั้งควบคุมการใช้หลักสูตรตามมาตรฐานของหลักสูตร และในปี พ.ศ. 2552 สำนักงานคณะกรรมการศึกษาขั้นพื้นฐานพิจารณาแห่งว่า โรงเรียนจุฬาภรณราชวิทยาลัยทั้ง 12 โรงเรียนสามารถจัดการเรียนการสอนตามหลักสูตรวิทยาศาสตร์ได้มาตรฐานเดียวกันกับโรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์จึงประกาศ ณ วันที่ 18 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2552 ให้โรงเรียนจุฬาภรณราชวิทยาลัยทั้ง 12 แห่งเป็นโรงเรียนวิทยาศาสตร์ภูมิภาค

ต่อมาเมื่อวันที่ 25 พฤศจิกายน พ.ศ. 2553 คณะรัฐมนตรีได้เห็นชอบ ข้อเสนอของกระทรวงศึกษาธิการ ให้ดำเนินการพัฒนากลุ่มโรงเรียนจุฬาภรณราชวิทยาลัยให้เป็นโรงเรียนวิทยาศาสตร์ภูมิภาค เพื่อเพิ่มโอกาสให้กับผู้มีความสามารถพิเศษด้านคณิตศาสตร์และวิทยาศาสตร์ซึ่งมีกระจายอยู่ในทุกภูมิภาคทั่วประเทศ โดยเน้นการให้โอกาสกับผู้มีความสามารถพิเศษที่ขาดแคลนทุนทรัพย์ในภูมิภาค โดยมีการพัฒนา ปรับปรุง ส่งเสริม ให้โรงเรียนจุฬาภรณราชวิทยาลัยทั้ง 12 แห่ง มีมาตรฐานเทียบเท่าโรงเรียนวิทยาศาสตร์ชั้นนำของนานาชาติ โดยแบ่งเป็นระดับชั้นมัธยมศึกษาตอนต้น ชั้นละ 4 ห้องเรียน และระดับชั้นมัธยมศึกษาตอนปลาย ชั้นละ 6 ห้องเรียน แต่ละห้องมีนักเรียน 24 คน รวมนักเรียนทั้งหมด 720 คน เริ่มมีการรับนักเรียนเข้าเรียนในหลักสูตรโรงเรียนวิทยาศาสตร์ภูมิภาคเป็นรุ่นแรกในปี พ.ศ. 2554[1]