โรงเรียนสตรีวิทยาก่อตั้งขึ้นเมื่อปี ร.ศ. 119 พ.ศ. 2443 ในรัชสมัย พระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว สถานที่เดิมตั้งอยู่ที่วังพระองค์เจ้าอลังการหลังโรงหวย กข.ตำบลสามยอด (ปัจจุบันเป็นตึกของบริษัทสามมิตรสงเคราะห์) กรมศึกษาธิการได้แต่งตั้ง มิสลูสี ดันแลป เป็นครูใหญ่คนแรกของโรงเรียนสตรีวิทยา ต่อมาโรงเรียนได้ย้ายไปอยู่ที่ตึก 2 ชั้น ถนนเจริญกรุง หลังวังบูรพาภิรมย์ ในช่วงนั้นคนทั่วไปนิยมเรียกโรงเรียนสตรีวิทยาว่า "โรงเรียนแหม่มสี" สมัยนั้นโรงเรียนเปิดรับทั้งชายและหญิง ซึ่งนักเรียนชายต้องอายุไม่เกิน 12 ปี สอนตั้งแต่เด็กเริ่มเรียน ส่วนชั้นประถมมีการสอนภาษาอังกฤษด้วย เมื่อโรงเรียนเจริญรุ่งเรืองขึ้นตามลำดับ มิสลูสี ดันแลป ตระหนักถึงความสำคัญของการศึกษาที่ต้องพัฒนาในระดับสูงขึ้น จึงแจ้งความประสงค์ยกโรงเรียนสตรีวิทยาให้แก่กรมศึกษาธิการกรมธรรมการและมิสลูสี ยินยอมรับราชการต่อไป

3 สิงหาคม พ.ศ. 2444 เป็นโรงเรียนรัฐบาล กระทรวงธรรมการมีคำสั่งให้ลงแจ้งความเปิดโรงเรียนสตรีวิทยาประกาศในหนังสือราชกิจจานุเบกษาเป็นโรงเรียนของรัฐบาลให้สอนตามหลักสูตรของกรมศึกษาธิการ และได้จัดการเรียนการสอนจนถึงระดับมัธยมศึกษา

พ.ศ. 2448 โรงเรียนได้ย้ายไปที่ตึกริมถนนราชบพิธติดกับโรงพิมพ์โสภณพิพัฒนาการ

พ.ศ. 2449-พ.ศ. 2450 มิสลูสี ดันแลป ลาออกเพราะสุขภาพไม่ดี กรมศึกษาธิการ จึงให้ครูทิม กาญจนาโอวาท ครูใหญ่ โรงเรียนศึกษานารี เป็นครูใหญ่โรงเรียนสตรีวิทยาอีกแห่งหนึ่ง ต่อมากระทรวงธรรมการรวมโรงเรียนสตรีวิทยาและโรงเรียนศึกษานารีเข้าด้วยกันแล้วย้ายมาอยู่ที่ตึกดิน มุมถนนดินสอและ ถนนราชดำเนินกลาง (ปัจจุบันคือบริเวณ บริษัทธนบุรีประกอบรถยนต์ จำกัด) โดยใช้ชื่อว่าโรงเรียนสตรีวิทยาตั้งแต่ พ.ศ. 2450 เป็นต้นมา

พ.ศ. 2482 สำนักงานทรัพย์สินส่วนพระมหากษัตริย์ต้องการที่ดินคือเพื่อสร้างอาคารตามโครงการปรับปรุงถนนราชดำเนินใหม่ กระทรวงศึกษาธิการ โดย พล.ร.อ. หลวงสินธุสงครามชัย รัฐมนตรีว่าการกระทรวงศึกษาธิการ ได้มีคำสั่งให้หาที่สร้างโรงเรียนสตรีวิทยาใหม่ อาจารย์สิริมา จิณณาสา อาจารย์ใหญ่ ตกลงเลือกที่ดินของสำนักงานทรัพย์สินส่วนพระมหากษัตริย์ ริมถนนดินสอ พื้นที่ 9 ไร่อยู่ตรงข้ามสถานที่เดิม พล.ร.อ.หลวงสินธุสงครามชัย ผู้ได้รับการยกย่องว่าเป็น ผู้ชุบชีวิตสตรีวิทยา มีความประสงค์จะให้เป็นโรงเรียนตัวอย่างในเชิงก่อสร้าง โดยวางแผนผังให้เหมาะสมโอ่โถงงดงาม รายการปลูกสร้างได้แก่ ตึกเรียน 2 ชั้น 1 หลัง หอประชุมหรือโรงอาหารเป็นโรงโถงชั้นเดียว มีเวทีสำหรับการแสดง ห้องส้วม ห้องพยาบาล เป็นเรือนไม้ชั้นเดียว ต่อมามีการสร้างหอการฝีมือ โรงครัว บ้านพักครูใหญ่ เรือนภารโรง การก่อสร้างใช้เวลา 17 เดือน เปิดโรงเรียนเมื่อวันที่ 24 มิถุนายน พ.ศ. 2484

พ.ศ. 2487 ปิดโรงเรียนเพราะสงครามโลกครั้งที่ 2 เนื่องจากเกรงจะเป็นอันตรายจากการทิ้งระเบิด

พ.ศ. 2488 โรงเรียนสตรีวิทยาได้กลับมาเปิดสอนต่อ แต่ไปเรียนที่ โรงเรียนเบญจมราชาลัย เพราะอาคารเรียนสตรีวิทยาใช้เป็นที่ตั้งหน่วยพยาบาลของทหารพันธมิตร จน เดือนเมษายน พ.ศ. 2489 ทหารย้ายออกไป จึงกลับมาเรียนที่เดิม

พ.ศ. 2490 เปิดสอนชั้นเตรียมอุดมเป็นรุ่นแรกมีแผนกอักษรศาสตร์และวิทยาศาสตร์ นักเรียนเตรียมแผนกอักษรศาสตร์สอบไล่ได้เป็นที่ 1 ของทั้งประเทศ นอกจากนั้นยังสอบได้เป็นที่ 2 และที่ 19 ในจำนวนนักเรียน 50 คนแรกที่ได้รับประกาศชื่อนับเป็นครั้งแรกที่ โรงเรียนรัฐบาล สามารถทำได้ โรงเรียนสตรีวิทยาจึงได้ริเริ่มคิดป้าย เกียรตินิยมเรียนดี ขึ้นเพื่อประกาศชื่อนักเรียนที่เรียนดีติดไว้ที่หอประชุมตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา

พ.ศ. 2491 จัดตั้งสตรีวิทยาสมาคมเพื่อเป็นที่พบปะติดต่อกันของศิษย์เก่าและให้ศิษย์เก่าร่วมแรงร่วมใจกันทำประโยชน์ให้แก่โรงเรียนได้ทำพิธีเปิดป้ายเมื่อวันที่ 18 มีนาคม

พ.ศ. 2492 กีฬาประเพณีสมาคมได้มอบทุนให้แก่นักเรียนชั้น ม.6 ที่สอบไล่ได้คะแนนยอดเยี่ยม จัดให้มีการแข่งขันกีฬาประเพณีซึ่งเป็นการแข่งขันกีฬาภายในโรงเรียนจนเป็นประเพณีสืบต่อมาจนทุกวันนี้

พ.ศ. 2495-พ.ศ. 2496 ครบรอบครึ่งทศวรรษ โรงเรียนได้งบประมาณเพื่อก่อสร้างอาคารวิทยาศาสตร์โรงเรียนได้จัดงานฉลองโรงเรียนครบครึ่งทศวรรษเพื่อฉลองอาคารวิทยาศาสตร์ไปด้วยเมื่อวันที่ 3 ตุลาคม พ.ศ. 2496 งานครั้งได้รับพระมหากรุณาธิคุณจาก สมเด็จพระศรีนครินทราบรมราชชนนี โดยทรงพระกรุณาเสร็จพระราชดำเนินมาทรงเป็นประธานในงาน ยังความปลาบปลื้มปิติแก่คณะครูนักเรียนสตรีวิทยาอย่างหาที่สุดมิได้

พ.ศ. 2498 จัดตั้งสมาคมผู้ปกครองและครูสตรีวิทยาเพื่อส่งเสริมให้เกิดความร่วมมือกันระหว่างผู้ปกครองและครู ตลอดจนเป็นที่แลกเปลี่ยนความรู้ความคิด และประสบการณ์ในการแก้ปัญหาของเยาวชนร่วมกัน

พ.ศ. 2512-พ.ศ. 2515โรงเรียนได้รับงบประมาณก่อสร้างและซ่อมแซมอาคารดังนี้

สร้างอาคารเรียน 4 ชั้น 40 ห้องเรียน พร้อมหอประชุมใหญ่ลานเอน จุคนได้ประมาณ 1,200 คน ทำพิธีเปิดเมื่อวันที่ 20 พฤษภาคม พ.ศ. 2514

สร้างอาคาร 5 ชั้น ด้าน ถนนราชดำเนิน ชั้นล่างเป็นโรงอาหาร เป็นอาคารที่มีห้องเรียนประมาณ 40 ห้องและมีห้องปฏิบัติการทางภาษา ห้องปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์ ห้องพักครู ห้องฝ่ายปกครอง ห้องพิมพ์ดีดและห้องสหกรณ์โรงเรียน

พ.ศ. 2530-พ.ศ. 2532 โรงเรียนสตรีวิทยาได้รับรางวัลโรงเรียนดีเด่น 3 ปีซ้อน และโรงเรียนพระราชทาน นักเรียนพระราชทานปี 2533

พ.ศ. 2543โรงเรียนสตรีวิทยาครบรอบ 100 ปี