ในปี พ.ศ. 2419 พระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว มีพระชนมพรรษาครบเบญจเพส จึงมีพระราชดำริที่จะสร้างพระอารามเพื่อทรงอุทิศพระราชกุศลถวายสนองพระเดชพระคุณแด่องค์พระราชชนนี คือ สมเด็จพระเทพศิรินทราบรมราชินี จึงทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้สถาปนาวัดเทพศิรินทราวาสขึ้น โรงเรียนเทพศิรินทร์ ได้รับการสถาปนาจาก องค์พระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว เมื่อวันที่ 15 มีนาคม พ.ศ. 2428 ด้วยพระราชปรารภที่จะทำนุบำรุงการศึกษาเล่าเรียนให้เจริญแพร่หลายขึ้นโดยรวดเร็วจึงมีพระบรมราชโองการให้จัดการศึกษาสำหรับราษฎรขึ้น โดยพระเจ้าน้องยาเธอ พระองค์เจ้าดิศวรกุมาร (กรมพระยาดำรงราชานุภาพ) ได้จัดตั้งโรงเรียนปริยัติธรรมบาลี ขึ้นภายในวัดเทพศิรินทราวาส โดยในช่วงแรกของการจัดตั้งโรงเรียนนั้น โรงเรียนเทพศิรินทร์ได้อาศัยศาลาการเปรียญภายในวัดเทพศิรินทราวาสเป็นที่ทำการเรียนการสอน

ก่อน พ.ศ. 2444

การจัดตั้งโรงเรียนปริยัติธรรมบาลีขึ้นภายในวัดเทพศิรินทราวาส ได้มีปรากฏหลักฐานในปี พ.ศ. 2425 ว่าพระธรรมไตรโลกาจารย์ (เดช ฐานจาโร) เจ้าอาวาสองค์ที่ 2 แห่งวัดเทพศิรินทราวาส ได้จัดตั้งโรงเรียนสอนปริยัติธรรมบาลี และโรงเรียนภาษาไทย โดยมีข้อความปรากฏอยู่ในประวัติของวัดเทพศิรินทราวาส ว่าโรงเรียนหนังสือภาษาไทยเดิมนั้นได้อาศัย ศาลาการเปรียญเป็นที่สอน โรงเรียนนั้นอยู่ในความอำนวยการของเจ้าอาวาสวัดเทพศิรินทราวาส ถึงปี พ.ศ. 2433 จึงย้ายไปสอนที่โรงเรียนเจ้าพระยานรรัตน์ราชมานิตย์ คณะกลาง หลังจากนั้นย้ายไปสอนที่ กุฏิเจ้าอาวาสคณะเหนือ ภายหลังย้ายไปสอนที่โรงเรียนนิภานภดลคณะใต้ ภายหลังมหามกุฏราชวิทยาลัยได้เข้ามาเป็นผู้จัดการ และมีเจ้าอาวาสเป็นผู้อุปการะโรงเรียนครั้งนั้นได้มีสามเณร ชื่อว่า "พุฒ" สามารถสอบได้เปรียญเอก และเป็นครูได้รับแต่งตั้งเป็นครูเอก ซึ่งต่อมาสามเณรพุฒ ได้อุปสมบถแล้ว ลาสิกขามีบรรดาศักดิ์เป็น พระยากฤษณะราชอำนวยศิลป์ธรรมจิตต์วรสภาภักดี

ต่อมาพระเจ้าน้องยาเธอดิศวรกุมารได้รับกระแสพระราชดำริให้สนองพระบรมราชโองการ เพื่อจัดตั้งโรงเรียนสำหรับราษฎรตามพระอารามขึ้น ในปี พ.ศ. 2428 ซึ่งในเดือนแรกที่ตั้งโรงเรียนนั้น มีนักเรียน 53 คน สถานที่ตั้งโรงเรียนก็คือศาลาการเปรียญซึ่งปัจจุบันไม่มีแล้ว ที่ตั้งศาลาการเปรียญเดิมปัจจุบันเป็นหมู่กุฏิ ใกล้ห้องสมุดสามาวดี อาจารย์ที่ 1 อาจารย์ใหญ่คนแรกคือ นายเปลี่ยน แต่จากจดหมายเหตุรัชกาลที่ 5 ปรากฏนามว่าอาจารย์ใหญ่คนแรกคือ นายรวก คนที่สองคือนายคำแต่ท่านทั้งสองดำรงตำแหน่งอยู่ในเวลาอันสั้นมาก ปรากฏในราชกิจจานุเบกษา ฉบับ ร.ศ. 108 (พ.ศ. 2432) ว่าในปี จ.ศ. 1250 พ.ศ. 2431 โรงเรียนวัดเทพศิรินทราวาส ได้ส่งนักเรียนสอบไล่ที่หอมิวเซียม ในพระบรมมหาราชวัง ร่วมกับโรงเรียนพระตำหนักสวนกุหลาบ และโรงเรียนหลวงในวัดต่าง ๆ ซึ่งโรงเรียนเทพศิรินทร์สอบได้เป็นอันดับที่สอง แต่ได้พระราชทานรางวัลสอบไล่ได้มากนักเรียนได้รับรางวัลพระราชทาน 4 คน และ อาจารย์ที่ 1 (อาจารย์ใหญ่) ได้รับพระราชทานรางวัลที่ 2 เพราะสั่งสอนอบรมดีเป็นเงิน 30 บาท ในปี ร.ศ. 108 (พ.ศ. 2432) การสอบไล่ย้ายไปกระทำที่โรงเรียนสุนันทาวิทยาลัย (โรงเรียนราชินีล่าง) โรงเรียนวัดเทพศิรินทราวาสส่งนักเรียนเข้าแข่งขันและสอบได้เช่นกัน วันที่ 27 ตุลาคม พ.ศ. 2439 พระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวเสด็จมาถวายผ้าพระกฐิน ณ วัดเทพศิรินทราวาส มีเด็กนักเรียนยืนเฝ้ารับเสด็จที่ซุ้มประตูร้องคำโคลงถวายชัยมงคล พระองค์ได้เสด็จทอดพระเนตร โรงเรียนภาษาไทย และภาษาบาลีในวัดนี้ด้วยทรงพอพระทัยในกิจการของโรงเรียนเป็นอย่างยิ่ง

สมัยรัชกาลที่ 5

ในปี พ.ศ. 2445 พระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวได้พระราชทานนามตึกเรียนแห่งแรกของโรงเรียนว่า ตึกแม้นนฤมิตร์ และในปี พ.ศ. 2453 ได้มีพระราชประสงค์ที่จะทรงเกื้อหนุนการศึกษาในประเทศสยามให้ก้าวหน้ายิ่งขึ้น ดังปรากฏในจดหมายถึงพระยาวิสถทธสุริยศักดิ์ ลงวันที่ 11 สิงหาคม ร.ศ. 129 ว่าได้นึกปรารภถึงการที่จะอุดหนุนการเล่าเรียน ในเมืองเราให้ดำเนินแพร่หลายเร็วขึ้นเบื้องต้นก็เดินทางให้ถูกคือ ทำพื้นให้กว้างจึงจะได้ยอดที่งามตามที่ได้ปรารภแล้วนั้นแต่การที่จะปรารภอย่างไรเมื่อไม่มีกำลังหนุนก็จะสำเร็จไม่ได้

ในตอนท้ายของพระราชหัตถเลขามายังกระทรวงธรรมการในฉบับนี้ ได้แสดงพระราชประสงค์ที่จะทรงพระกรุณา พระราชทานเงินมรดกจำนวน 80,000 บาท อันเป็นสมบัติของ สมเด็จพระเจ้าลูกเธอ เจ้าฟ้าเยาวมาลย์นฤมล กรมขุนสวรรคโลกลักษณวดี ซึ่งสิ้นพระชนม์ไปแล้วให้กระทรวงธรรมการทำการจัดสร้างตึกเรียนขึ้น ทางด้านหน้าวัดทางฝั่งทิศใต้ตรงข้ามกับตึกแม้นนฤมิตรที่มีอยู่ แล้วทางด้านทิศเหนือโดยทรงมุ่งหมายเป็นแบบอย่างให้ชนทั้งหลาย ถือเอาการสร้างสถานศึกษาเล่าเรียนเช่นนี้ว่าเป็นสิ่งดี กอปรด้วยประโยชน์และต้องด้วยพระราชนิยม ยังมีพระราชกระแสต่อไปอีกว่า ถ้าการก่อสร้างนั้นหากว่าเงินจำนวน 80,000 บาทนั้นไม่เป็นที่เพียงพอ ก็จะมีพระประยูรญาติของสมเด็จพระเจ้าลูกเธอ เจ้าฟ้าเยาวมาลย์นฤมล กรมขุนสวรรคโลกลักษณวดี ยินดีที่จะทรงบริจาคเพิ่มเติมให้จนสำเร็จ เพื่ออุทิศพระกุศลแด่องค์สมเด็จพระเจ้าลูกเธอ เจ้าฟ้าเยาวมาลย์นฤมล กรมขุนสวรรคโลกลักษณวดี

การสร้างตึกเพื่อการดังกล่าวหลังนี้ได้มีชื่อต่อมาในภายหลังว่า เยาวมาลย์อุทิศ และเมื่อมีการสร้างอาคารเรียน 2 หลังแล้ว ได้พระราชทานนามโรงเรียนว่า "เทพศิรินทร์" อีกทั้งยังมีพระราชดำริให้ย้ายโรงเรียนสวนกุหลาบวิทยาลัย มายังตึกแม้นนฤมิตร์อีกด้วย เพื่อรอการก่อสร้างตึกอาคารเรียนที่โรงเรียนนั้น