การคัดเลือกนักเรียนเข้าศึกษาโรงเรียนจุฬาภรณราชวิทยาลัยเลย ใช้รูปแบบการสมัครและการสอบคัดเลือกในรอบแรกเหมือนกันกับโรงเรียนอื่นๆในเครือจุฬาภรณ์ ส่วนการสอบในรอบที่สองนั้นแต่ละโรงเรียนจะเป็นผู้พิจารณารูปแบบ วัน เวลา และสถานที่สอบเอง

ระดับชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1

การรับนักเรียนเข้าศึกษาในระดับมัธยมศึกษาปีที่ 1 จะรับนักเรียนที่กำลังศึกษาในชั้นประถมศึกษาปีที่ 6 หรือเทียบเท่าในปีการศึกษาที่สมัคร โดยสมัครและสอบรอบแรกผ่านโครงการพัฒนาอัจฉริยภาพวิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์ ของสถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี รับนักเรียนแห่งละ 96 คน[8] โดยแบ่งรับนักเรียนออกเป็น 2 กลุ่ม ได้แก่

• กลุ่มนักเรียนจากโรงเรียนทุกโรงเรียนในเขตพื้นที่บริการของโรงเรียนจุฬาภรณราชวิทยาลัยเลย จำนวนไม่น้อยกว่า 88 คน
• กลุ่มนักเรียนจากโรงเรียนขยายโอกาส (ได้แก่ โรงเรียนดีประจำตำบลตามประกาศของสำนักงานคณะกรรมการการศึกษาขั้นพื้นฐาน โรงเรียนประถมศึกษาที่มีนักเรียนไม่เกิน 200 คน โรงเรียนศึกษาสงเคราะห์ โรงเรียนราชประชานุเคราะห์ โรงเรียนในสังกัดกองบัญชาการตำรวจตระเวนชายแดน โรงเรียนพระปริยัติธรรม และโรงเรียนเอกชนสอนศาสนาอิสลาม) ในเขตพื้นที่บริการของโรงเรียนจุฬาภรณราชวิทยาลัยเลย จำนวนไม่เกิน 8 คน

ระดับชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4

การรับนักเรียนเข้าศึกษาในระดับมัธยมศึกษาปีที่ 4 จะรับนักเรียนที่กำลังศึกษาในชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 3 หรือเทียบเท่าในปีการศึกษาที่สมัคร โดยสมัครและสอบรอบแรกผ่านการคัดเลือกนักเรียนเข้าศึกษาต่อในชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4 ของโรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ รับนักเรียนจากโรงเรียนทุกโรงเรียนในเขตพื้นที่บริการของโรงเรียนจุฬาภรณราชวิทยาลัยเลย จำนวน 144 คน[9]