歷史
關於師大附中的前身，最早可以回溯到日治時代的1937年（昭和12年、民國26年）4月1日，當時的日本政府在清代稱為“十二甲”的大安區西北角假農業試驗場部分用地所設定的“台北州立第三中學校”，並由大欣鐵馬擔任校長。截至第二次世界大戰結束日本戰敗投降，台灣光復為止，台北州立第三中學校的學生大都還是以在台日人的子弟為主，台灣籍的學生約只占1/10。
1945年12月5日，在光復後接手台灣的台灣省行政長官署之命令下，州立第三中學改名為“省立台北第三中學”，但又在來年1月25日改名“省立台北和平中學”。只是一般習慣上，許多民眾仍會將建國中學（一省中）、成功中學（二省中）與和平中學一起合稱“三省中”，或加上北一女中（今天的台北第一女中）、北二女中（今天的中山女中），合稱為五省中。而在剛改名和平中學的這階段中，該校主要是集中當時還留滯在台的日籍學生就讀，這狀況一直維持到1947年4月底時，政府將日僑加快遣送回國完畢後，甫告一段落。這段期間的和平中學原則上都還是聘用當初日治時代的教職人員，而主管的校長則也是來來去去的兼任職位，與後來正式由台灣方面接管後的和平中學，可說是只有一個名字與校址相同，但實際上淵源並不大。
1947年時，大陸地區政局不穩，當時有越來越多跟隨政府來到台灣的大陸籍公教人員子弟，因此省教育處安排和平中學負責接收這批學生。初期這些學生被安排在借用自台北商職（今日的國立台北商業技術學院）的教室中上課，直到日僑子弟完全撤離後才遷回校內。湊巧當時的省立師範學院（今日的國立台灣師範大學）為了將來的學生實習與教育實驗，正在籌備附屬中學，因此向省教育處申請將和平中學改為師院附屬中學，並於1947年8月1日新學年開始時，正式更名為“台灣省立師範學院附屬中學”，同時設有高中部與國中部。除此之外，1949年10月時，師院附中也接手了國民革命軍遺族學校約310個學生，儼然是當時外省子弟比例最高的學校。
1955年師範學院改制大學，1967年時又從省立改制為國立，附中也因此在來年隨之改制成為“國立台灣師範大學附屬中學”。但一直到1973年時，原在師大任教的教育系副教授黃振球轉任師大附中的校長後，師大附中才正式開始與師大間產生較緊密的聯繫關係，例如校內的教師逐漸換用師大相關科系畢業的校友，行政系統也改聘用師大教育系或教育心理學系的畢業生，逐漸提高專業度。1979年，因應國中部即將再度開辦，校名再次更改為“國立台灣師範大學附屬高級中學”，並一直沿用至今。
附中雖然在創校初期（和平中學時代）曾有過國中部，但在1961年因應所謂“省辦高中，市辦國中”的政策，而停止招生，一直到1980年時國中部才恢復重辦。
附中曾在1965年到1981年間招收過夜間部學生。除此之外，在1955年時，附中曾因應省教育廳的要求，為了因應疏散而在台北縣木柵的溝子口（今日屬台北市文山區境內）設立過木柵分部，但該分部在1968年台灣開始實施九年國民教育時，奉命歸還給台北市政府，成為今日的台北市立實踐國民中學。
校風與特色
有鑒於師大附中原本就是教育專業大學——師大——的附屬實驗中學，因此在校風上它與一般升學導向的其它公立高中較為不同。課程與編制的實驗性很強，升學主義的氣息較其它知名高中少，教育風格則是公認較活潑但遵守教育理論，但相對於其它頂尖的高中而言，這點也讓附中在升學率方面的表現稍顯吃虧。
制服與象徵
1990年度（1990年-1991年）員生消費合作社所製作的“藍天之子”紀念書包
由於在早期台灣的學生仍需接受軍訓教育，因此大部分公立高中的男生制服設計都是以卡其軍訓服為主。師大附中在72學年度（1983年）制定並開始使用淺藍色上衣、深藍色長褲的校服設計，成為台北幾所主要公立高中裡面換穿非卡其制服的先驅之一。在初期由於軍訓需要，藍色制服是與卡其軍訓服依需求輪流使用，77學年度（1988年）時俗稱“大盤帽”的硬圓軍帽率先取消停用，而80學年度（1991年）又全面廢止卡其軍訓服的使用，從此藍色校服遂成為附中學生唯一樣式的制服。至於女生制服，則是采白色荷葉領上衣搭配灰藍色及膝窄裙之設計。
因為制服的藍色與天空接近，且相較於台北市其它高中，師大附中校地廣闊，因此附中學生常自稱“藍天之子”。50周年校慶（1997年）時，中正樓面上寓有浴火重生之義的兩幅“火鳳凰”瓷磚畫，也成為附中的精神象徵。
實驗班與實驗課程
除了一般標準招收的班級外，師大附中向來擁有非常多特殊用途的實驗班，例如在1950年到1961年間曾招收過“四二制實驗班”，是國中直升高中的六年一貫班級，與台灣所使用的標準三三制中學教育制度完全不同。1978年開辦“科學教育實驗班”（第一屆為420與430班）用來測試新設計的相關課程之接受度，1980年開辦“音樂教育實驗班”（第一屆為464班），1986年接受教育部的指定開辦“數學及自然科學實驗班”（第一屆為625、626班）進行數理科的加強教學試驗，1989年成立“美術教育實驗班”（第一屆為699班），2004年成立“語文資優班”，以上這些都是一般公立高中比較少見到的特殊班級制度。
“數學及自然科學實驗班”是教育部立案的數理資優班。在校內習慣簡稱為“科教班”。現今一年招收三班共約一百人。科教班最具特色的課程，是一周有三小時的“專題研究”，學生依興趣自行選組，分為數學、物理、化學、生物、信息科學、地球科學六組。專題研究教學強調科學精神，除了深入探討各科內容外，也要求自行探索問題，設計並進行實驗，參加科學展覽與成果發表，老師在此時只擔任從旁輔助的角色，培養學生自行解決問題的能力。許多學生也自行於台大、師大或中研院等大學與研究機構尋找可合作的實驗室，提早體驗實驗室生活。
除了設定特殊的實驗班外，附中也常常拿來試教新發展的各科教材，並且在確定接受度良好後才推廣制訂為全國的教育標準。
教育實習
除了是課程上的試驗對象外，師大附中另外一個重要的功能是作為師大即將畢業的學生一個教育實習練習場。雖然其它學校每年也都會有發配到一些實習教師的名額，但是只有師大附中的教育實習是全面性的，遍及各科全都是由實習教師執教，原本的任課老師則在此期間暫時作為監督與教學評鑑負責人。
男女兼收
雖然在台灣男女生混合招收的高中並不少見，但是在傳統上被稱為“北聯”的台北公立高中聯招中，排行最前的六所老牌高中（男生部分為建國，附中，成功，女生部分則為北一女，中山與景美）只有附中一所是同時招收男生與女生的。1960年時附中停止招收女生，一直到1980年時高中部的音樂實驗班成立後，才重新又開始招收女性的新生，但為數極端稀少。1983年時高中部正式招收女生，但仍采男女分班的方式上課，只有特殊實驗班及很少數特例狀況（例如分類組拆班並班造成男生班女生班分班人數不足時），才會有男女生合班上課的情況。
附中的女生占全校學生比例向來稀少，現今一屆約有6班女生班，男女比例約2:1～3:1。
累進制班號
師大附中有在台灣獨一無二的累進班號編制，這制度是在1950年時才開始，在此之前採用的方式與其它學校並無不同，每一年級的班級都以甲、乙、丙、丁……的天干為名排序，每屆都會有重複同名的班級，需要另外提供畢業的屆次才知道年級落差。但是在累進班號制啟用後，改以單純的一個數字來作為班級，每屆新班繼續累加不歸零，除了極少數的狀況外甚少有重複（一直到2000年為止，也只有七次重複的案例）。至於累進班號制度啟用前就已經畢業的九班學生，則采畢業後追贈班號的方式，成為高1班到高9班。
由於師大附中的班號早已累計突破一千個班級，因此現今的班號是四位數的。高中部的特殊實驗班之班號與一般班並無差別，但是國中部與高中部的班號是分開計算的。高中部一年約新增二十七班，國中部一年約新增七班。
校徽
據部份附友說，原始的校徽是白色的同心圓，外圈是粗線條，內圈為細線條，分割為五瓣，象徵校訓的“人道、健康、民主、科學、愛國”，圓心嵌上方體的附中字樣。在一些較舊的設備上可以看到。
民國六十年中興堂興建完成時，舞台上放置一座大講台，正面並繪製一枚大校徽，卻是五花瓣的梅花形狀。從此校旗、校徽以此為準變成梅花瓣了。
校訓
人道、健康、科學、民主、愛國
黃澄校長於（1951年）12月開始向全校師生徵集意見，經匯整之後，於民國41年（1952年）2月12日由校務會議正式通過，沿用至今，為“附中精神”的核心。
校歌
師大附中校歌創作於黃澄校長時代，是由當時的音樂老師史惟亮先生作曲，歷史老師郭橖先生及編輯組長蕭輝楷先生作詞。
附中附中我們的搖籃，漫天烽火創建在台灣。
玉山給我們靈秀雄奇，東海使我們擴大開展。
我們來自四方，融會了各地的優點。
我們親愛精誠，師生結成了一片。
砥礪學行，鍛鍊體魄，我們是新中國的中堅。
看我們附中培育的英才，肩負起時代的重擔。
附中青年，絕不怕艱難。
復興中華，相期在明天。
把附中精神，照耀祖國的錦繡河山。
由於歌詞中“附中附中我們的搖籃”一句，校歌常被附中人暱稱為搖籃曲。附中人出名的愛唱校歌，甚至在國家音樂廳的校慶音樂會也以校歌作安可曲，重複五六次而不休。
附中校歌也曾出現在一些KTV的歌本中。
歷任校長
日治時期台北州立第三中學時代
大欣鐵馬（1937年 - 1946年2月）
和平中學時代
何敬燁（1946年2月 - 1946年7月，兼任）
葉桐（1946年7月 - 1947年5月，兼任）
宗亮東（1947年5月 - 1949年7月）
附中時代
宗亮東（1947年5月 - 1949年7月）
黃澄（1949年7月 - 1962年8月）
黃季仁（1962年8月 - 1963年7月）
許伯超（1963年7月 - 1965年2月）
劉安愚（1965年2月 - 1973年7月）
黃振球（1973年8月 - 1988年1月）
蘇清守（1988年2月 - 1996年1月）
楊壬孝（1996年2月 - 2002年7月）
譚光鼎（2002年8月 - 2006年7月）
楊壬孝（2006年8月 - 2010年7月）
現任校長
卓俊辰（2010年8月 - ）
知名校友
劉國松- 高16班，畫家。
連戰- 高24班，前台灣地區副領導人，前中國國民黨主席。
許世楷- 高24班，台灣“獨立”運動參與者，曾任駐日“代表”。
陳履安- 高30班，前“監察院院長”。
古龍- 初36班，本名熊耀華，武俠小說家，與金庸齊名。
毛高文- 高37班，前“教育部部長”、“考試院副院長”。
劉兆漢- 實驗1班，“國立”中央大學校長。
張文英- 實驗1班，前嘉義市市長，“總統府國策顧問”。
阮大年- 高41班，前“國立”交通大學校長、中原大學校長、東海大學校長。
王文興- 高41班，作家，台大外文系退休教授。
李祖原- 高41班，建築師。世界最高樓台北101主持建築師。
李家同- 高41班，學者、前“國立”暨南大學校長、靜宜大學校長。
吳成文- 實驗4班，“國家衛生研究院院長”，台灣“中央研究院”院士。
吳伯雄- 實驗5班，前“內政部長”，“總統府資政”，中國國民黨副主席。
戴東原- 實驗5班，前台大醫院院長。
譚崇仁- 實驗5班，IBM超級計算機深藍研發團隊負責人。
徐小波- 實驗5班，律師，前理律法律事務所資深合伙人。
虞有澄- 實驗5班，INTEL總公司資深副總裁。
苗永慶- 高55班，前台灣地區海軍總司令
王贛駿- 高57班，科學家，第一位上太空的華人。
張博雅- 實驗10班，前嘉義市長，前“衛生署長”，前“內政部長”
劉兆玄- 實驗12班，前“行政院副院長”，前“交通部長”，前“國立”清華大學校長、東吳大學校長
蔣勛- 木聯14班，畫家、詩人、作家。
郭松棻- （1938-2005），作家，保釣運動代表人物之一。
周渝- 高100班，紫藤盧負責人。
夏鑄九- 高103班，台大城鄉所教授。
李滄涵- 實驗27班，建築師。
溫世仁- 實驗28班，企業家，教育推廣家。
司徒達賢- 實驗29班，管理學家。
張安樂- 高132班，白狼，竹聯幫重量級人物，曾因牽涉江南案在美服刑。
李乾朗- 高151班，古建築學家。
李雙澤- 高157班，民歌運動發起人之一。
羅智成- 高282班，詩人。現任台北市新聞局局長。
袁定文- 高286班，棒球評論家。因擁有美國匹茲堡大學地質學博士學位，投入棒球評論工作，棒球界稱之為袁博士。
張洪量- 高363班，歌手，牙醫師。
林耀德- （1962-1996），高398班，已故詩人、作家。
唐湘龍- 高417班，記者，政治評論家。
羅文嘉- 高509班，前民主進步黨“立法委員”，前“客家委員會”主任委員。
王馨平- 高569班，女歌手，演員王羽之女。
褚士瑩- 高638班，作家。
鮑佳欣- 高711班，英文小魔女。
劉真- 高729班，舞蹈家。
朱學恆- 高738班，魔戒中文版譯者。
朱致賢- 高746班，自由作家。曾為《音樂時代》、《新朝藝術》主筆，編著有《杜撰的城堡——附中野史》，著有《指揮大師亨利·梅哲》。
五月天樂團 - May Day 五月天樂團的五位成員中有四位是附中畢業生，包括主唱阿信（陳信宏，高778班(美術班)）、團長兼吉他手怪獸（溫尚翊，高776班）、吉他手石頭（石錦航，高818班）、貝斯手瑪莎（蔡升晏，高819班），他們原本就是以同屬師大附中吉他社成員的緣由，進而組成樂團出道。
不二良-獨立設計師/插畫家 現任潮流品牌STAYREAL設計師 高778班(美術班）和五月天的阿信是高中死黨
嚴俊傑- 國108班，小鋼琴家。
虞有澄- 現任One Angstrom投資公司董事。曾在英特爾（Intel）工作近30年，在英特爾創立“亞洲文化整合社”（Asian Culture Integration）。
陳子瑋- 高872班，中華台北旱地冰球代表隊隊長。
輕鬆玩樂團- Relax One 由三位吉他社團員組成
強辯樂團- 吉他手小花（黃壯為 高863班）及鼓手小猴（邵崇柏 高862班）
蘇打綠-主唱青峰（吳青峰 高937班）&貝司手馨儀（高935班）
