เมื่อวันที่ 16 กรกฎาคม พ.ศ. 2500 จอมพลถนอม กิตติขจร ขณะนั้นดำรงตำแหน่ง รัฐมนตรีว่าการกระทรวงกลาโหม ได้เสนอดำริต่อสภากลาโหมว่า หากจะรวมโรงเรียนที่อยู่ในระดับการศึกษาเดียวกันจากกองทัพต่าง ๆ เป็นสถาบันเดียวกันก็จะเป็นการประหยัดงบประมาณของชาติ ทั้งยังทำให้ผู้ศึกษามีโอกาสได้รู้จักคุ้นเคย มีความสนิทสนมกลมเกลียว มีความสามัคคีเป็นน้ำหนึ่งใจเดียวกัน มีความคิดจิตใจร่วมกันแต่เยาว์วัย ซึ่งจะส่งผลให้บุคคลเหล่านี้สามารถประสานงานกันได้ด้วยดีและปฏิบัติงานร่วมกันอย่างมีประสิทธิภาพ สภากลาโหมได้เห็นชอบในดำรินี้เป็นเอกฉันท์ ในขั้นแรกให้รวมโรงเรียนเตรียมนายร้อย โรงเรียนเตรียมนายเรือ และโรงเรียนเตรียมนายเรืออากาศ เป็นโรงเรียนเตรียมทหาร สังกัดกรมการศึกษาวิจัย กองบัญชาการทหารสูงสุด เมื่อวันที่ 27 มกราคม พ.ศ. 2501 จึงถือว่าวันที่ 27 มกราคมของทุกปี เป็นวันคล้ายวันสถาปนาโรงเรียนเตรียมทหาร ผู้บัญชาการคนแรกคือ พลเอก ปิยะ สุวรรณพิมพ์

ในปี พ.ศ. 2506 กรมตำรวจได้ขอให้โรงเรียนเตรียมทหารรับนักเรียนเพื่อเข้าศึกษาต่อในโรงเรียนนายร้อยตำรวจด้วย โรงเรียนเตรียมทหารจึงเป็นศูนย์รวมเบื้องต้นสำหรับนายทหาร นายตำรวจ โดยสมบูรณ์ ในระยะแรกนั้นโรงเรียนเตรียมทหารยังไม่มีที่ตั้งถาวร ได้ใช้อาคารโรงเรียนนายร้อยพระจุลจอมเกล้า ถนนราชดำเนินนอก กรุงเทพมหานคร เป็นสถานที่เรียนชั่วคราว

ต่อมาเมื่อวันที่ 8 มกราคม พ.ศ. 2504 โรงเรียนเตรียมทหารได้จัดให้มีพิธีวางศิลาฤกษ์สร้างโรงเรียนเตรียมทหารขึ้น ณ เลขที่ 1875 ถนนพระราม 4 แขวงลุมพินี เขตปทุมวัน กรุงเทพมหานคร ซึ่งเดิมเป็นที่ตั้งของกองสัญญาณทหารเรือ มีพื้นที่ประมาณ 35 ไร่ 3 งาน 47 ตารางวา หลังจากได้สร้างโรงเรียนเสร็จเรียบร้อยแล้ว ได้ย้ายมาอยู่ที่พระราม 4 เมื่อวันที่ 21 ธันวาคม 2504

ในปี พ.ศ. 2522 กองพันทหารสื่อสาร กองบัญชาการกองทัพบก และกองร้อยทหารสื่อสารซ่อมบำรุงเขตหลัง กองบัญชาการกองทัพบก ได้ย้ายออกจากพื้นที่ที่อยู่ต่อเนื่องกัน โรงเรียนเตรียมทหารจึงได้รับพื้นที่ทางด้านทิศตะวันตกและทิศเหนือเพิ่มอีก 91 ไร่ 62 ตารางวา รวมเป็น 127 ไร่ 9 ตารางวา

ในปี พ.ศ. 2537 พลอากาศเอก วรนาถ อภิจารี ผู้บัญชาการทหารสูงสุดในขณะนั้น ได้พิจารณาว่า สภาพแวดล้อมต่าง ๆ ของโรงเรียนเตรียมทหารได้เปลี่ยนแปลงไป พื้นที่โดยรอบกลายเป็นย่านชุมชนหนาแน่น ทั้งยังมีสภาพแวดล้อมเป็นมลพิษ อีกทั้งพื้นที่ของโรงเรียนเตรียมทหารมีข้อจำกัดต่อการเพิ่มขีดความสามารถในการผลิตนักเรียนเตรียมทหารและการพัฒนาโรงเรียนเตรียมทหารด้านต่างๆ ในอนาคต จึงได้ปรึกษากับสำนักงานทรัพย์สินส่วนพระมหากษัตริย์ ซึ่งเป็นเจ้าของพื้นที่ตั้งโรงเรียนเตรียมทหาร ถึงการย้ายที่ตั้งโรงเรียนเตรียมทหารไปยังสถานที่ตั้งแห่งใหม่ที่เหมาะสม ซึ่งได้รับการสนับสนุนการก่อสร้างจากสำนักงานทรัพย์สินส่วนพระมหากษัตริย์ โดยได้มอบให้บริษัท คริสเตียนนีและนีลเส็น (ไทย) จำกัด (มหาชน) ซึ่งเป็นบริษัทในเครือของสำนักงานทรัพย์สินส่วนพระมหากษัตริย์ดำเนินการศึกษาความเป็นไปได้ต่าง ๆ ของโครงการย้ายโรงเรียนเตรียมทหาร รวมทั้งเสนอแนะพื้นที่ตั้งโครงการ ในที่สุดได้เลือกพื้นที่ตำบลศรีกะอาง อำเภอบ้านนา จังหวัดนครนายก เป็นที่ตั้งโรงเรียนเตรียมทหารแห่งใหม่ ได้รับการสนับสนุนจากกองทัพบกเจ้าของพื้นที่มอบพื้นที่ให้ดำเนินการประมาณ 2,460 ไร่ เป็นผลให้โครงการก่อสร้างโรงเรียนเตรียมทหารแห่งใหม่เกิดขึ้น

โครงการก่อสร้างโรงเรียนเตรียมทหารแห่งใหม่ได้เริ่มดำเนินการมาตั้งแต่เดือนสิงหาคม 2539 และได้รับพระมหากรุณาธิคุณจากสมเด็จพระกนิษฐาธิราชเจ้า กรมสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี เสด็จพระราชดำเนินทรงวางศิลาฤกษ์ เมื่อวันอังคารที่ 27 มกราคม พ.ศ. 2541

ต่อมากองบัญชาการทหารสูงสุดได้มีคำสั่งให้เคลื่อนย้ายโรงเรียนเตรียมทหารมายังที่ตั้งแห่งใหม่ ณ เลขที่ 185 หมู่ 5 ตำบลศรีกะอาง อำเภอบ้านนา จังหวัดนครนายก กำหนดระยะเวลา ตั้งแต่ 1 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2543 และให้สามารถเปิดการศึกษาได้ในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2543 โดยมีพิธีเคลื่อนย้ายโรงเรียนเตรียมทหารเข้าสู่ที่ตั้งในวันพฤหัสบดีที่ 4 พฤษภาคม พ.ศ. 2543

วันศุกร์ที่ 15 กันยายน พ.ศ. 2543 สมเด็จพระกนิษฐาธิราชเจ้า กรมสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี เสด็จพระราชดำเนินทรงประกอบพิธีเปิดโรงเรียน[2]

ส่วนพื้นที่โรงเรียนเตรียมทหารเดิม ต่อมาก็ได้กลายเป็นสวนลุมไนท์บาซาร์ และปัจจุบันกำลังก่อสร้างโครงการวัน แบงค็อก

ตราประจำโรงเรียน

เครื่องหมายจักรดาว เป็นสัญลักษณ์ของโรงเรียนเตรียมทหาร ประกอบด้วย

1. คบเพลิง หมายถึง การศึกษาและความรุ่งโรจน์
2. ช่อชัยพฤกษ์ หมายถึง เครื่องหมายชั้นยศนายพลของกองทัพบกและตำรวจ
3. จักรเวียนซ้าย หมายถึง เครื่องหมายชั้นยศนายพลของกองทัพเรือ
4. ดาวห้าแฉก หมายถึง เครื่องหมายชั้นยศนายพลของกองทัพอากาศ

สีประจำโรงเรียน

สีแดง คือ เหล่าทหารบก

สีน้ำเงิน คือ เหล่าทหารเรือ

สีฟ้า คือ เหล่าทหารอากาศ

สีเลือดหมู คือ เหล่าตำรวจ