海口市第一中学是新中国成立后海口市人民政府创办的第一所完全中学，前身为1947年创建的私立海南大学附属中学。
1947年11月18日，私立海南大学应运而生，设有附属中学一所，校址坐落于海口市出海港口的小岛“椰子园”（今滨海大道海军四二四医院及周围地区）。
1950年4月，海口市解放，私立海南大学停办，其附属中学设备及教职工、学生拨归海口市第一中学。
1950年秋，海口市人民政府第一任市长符思之先生筹办海口市第一中学，将接管的私立海南大学附属中学并入，迁至龙华路琼海小学（今龙华路初中部）校址，发动社会各界捐款建校。
1951年1月15日，海南军政委员会批准设立海口市第一中学。
1951年4月10日，举行海口市第一中学建校典礼，全校共9个班，高中一年级2个班，初中三个年级7个班，在校生近400人。在海口市人民政府和社会各界支持下，边办学，边建设，建起教室、小礼堂、教师宿舍，修建运动场。
1954年，市委派共产党员王海到学校建立党组织，并担任党支部书记。
1956年，初中、高中教学班15个，在校生910人，成为初具规模的完全中学。
1962年，郭沫若先生题写校名。
1951—1966年间，办学水平和质量明显提高，被海口市人民政府确定为海口市重点中学，并跻身于海南名校之列。
“文化大革命”期间，学校正常工作停止了两年，70%的教师被下放到秀英白水塘的海口“五七”干校劳动。
1969年秋季恢复招生。
1978年，被海口市人民政府重新确定为市重点中学，中考、高考成绩名列海南区前茅。
1979年，被广东省教育厅确定为海口市唯一的一所重点中学。
1984年春，海口市人民政府提出“推倒危房，重建校园，办好一中”的目标，多渠道筹集资金建设校园。
1984—1996年，筹集资金800多万元，新建2幢5层教学楼、1幢9层科学馆、10幢教工宿舍楼，改建运动场，教育教学质量名列海南省（区）前茅。
1990年，初中、高中教学班43个，学生2572人，教职工187人。
1991年，入选《中国名校·中学卷》。
1994年，在海口率先实行教师聘任制。
1998年，初中停止招生。
1999年秋，与海南双岛教育文化发展有限公司联合创办海口双岛学园，30多位初中教师先后被派往双岛学园工作。
2001年，经海南省机构编制委员会批准，学校为正处级事业单位。
2001年7月27日，经海口市委研究决定，成立中共海口市第一中学委员会（即海口市第一中学党委），同时撤销中共海口市第一中学总支部委员会。
至2002年，6名学生获海南省高考文、理科状元。
2002年，被评为“海南省普通高级中学一级学校”。
2003年，形成“全面发展，人文见长”的办学理念。
2003年，海口市委、市政府决定，在海口市秀英白水塘异地新建高中校区。
2006年8月5日，在龙华路原校址复办初中，初中恢复招生，联办海口双岛学园学项目终止，30多位派往双岛学园初中教师陆续撤回海口市第一中学初中部工作。
2006年8月底，高中部新迁至秀英白水塘校区，与龙华校区初中部实行统一管理，实现“一校两园”。高中部校区面积约260亩，建筑面积近11万平方米，由教学、运动、生活三大区组成。
2007年，被评为“海南省普通高级中学一级（甲等）学校”。
2007年，凝炼出“厚德 博学 沈毅 致远”的校训。
2010年，初中、高中教学班134个，学生8200余人，教职工520多人。
2011年，提出“严管理、有特色、出名师、育英才”办学思路。
2011年8月2日，海口市机构编制委员会批准《海口市第一中学机构编制方案》（海编[2011]51号）。学校为正处级事业单位，核定领导岗位6个，即校长1名、书记1名、副校长4名；内设6个正科级机构，即办公室、德育工作处、教务处（国际交流合作处）、总务处、教研室、体育卫生和艺术教育处。
2015年，总结出“严谨 民主 博学 爱生”的教风，“乐学 善思 有恒 厚积”的学风。
2018年，初中、高中教学班132个，学生6502人，教职工512人，获准招收培养国际学生。
至2020年，13位教师被授予“海南省特级教师”称号，12位教师被评聘为正高级教师。
至2020年，与英国、美国、日本、澳大利亚、加拿大、新加坡等国家的学校建立了友好合作关系，双边交流日益频繁。