1927년 4월에 현준호(玄俊鎬)를 비롯한 지방주민의 요청에 따라 광주공립여자고등보통학교로 설립되었다. 1928년 현재의 위치로 교사를 신축, 이전하였다. 설립 당시에는 수업연한 4년에 50명이 재학하였다.
1946년 6년제 18학급의 전남공립여자중학교로 변경되었다가 1954년 학제개편에 따라 중학교와 분리되어 전남여자고등학교로 개편되었다. 1972년 중학교는 폐교되었으며, 1975년 부설 방송통신고등학교 30학급을 설치하였다.
2001년 2월 7차교육과정 대비 신교사를 신축하였다.
학생활동으로는 1929년 일제에 항거하여 대대적인 광주학생독립운동을 전개한 것을 비롯, 광복 때까지 계속적인 구국독립운동을 전개하였다. 그 뒤 교정에 ‘광주학생독립운동 여학도 기념비’를 설립하여 ‘우리는 광주학생독립운동의 빛나는 전통을 이어받아 건강하고 예의바르며 예지에 찬 새 한국의 여성이 되기 위하여 끊임없이 배우고 익히며 몸과 마음을 바쳐 나라와 겨레에 이바지하는 여학생이 되자.’라는 결의로 학교생활을 하고 있다.
전라남도교육위원회로부터 학력우수학교로 표창을 받은 바 있으며, 문예부·무용부·과학부·영어회화부·서예부 등의 활동이 뛰어나 전국규모의 대회에서 좋은 성적을 보이고 있다. 체육분야에서는 펜싱과 사격에서 전국규모의 대회에서 여러 차례 우승하였다.
2010년 현재 10학급에 재학생 397명, 교원 74명이다.
2010년 2월 현재 80회 졸업에 총 2만 7027명의 졸업생을 배출하였다.