1949년 9월 공립인 천안공업중학교로 설립되었다. 천안시 와촌동 국안방직주식회사 공장 건물을 가교사로 개교하였으며, 1951년 8월 천안공업고등학교로 개편되면서 영성중학교를 병설하였다. 설립 당시 토목과·광산과를 설치하였고, 1954년에 현재의 위치로 교사를 신축·이전하면서 기계과를 신설하였다.
1955년 영성중학교를 분리하고 1956년에 전기과를 신설하였으며, 이듬해에 광산과를 폐지하고 건축과를 신설하였다. 1961년 응용화학과를 신설하고 1964년 3월 응용화학과를 화학공업과로 개편하였다.
1966년에는 기술전공부를 부설하여 1973년까지 5회의 수료생을 배출하였으며, 1977년부터 1981년까지 토목측량·기계제도·기계조립·건축제도·공업기술원양성소를 부설하여 전문 인력을 배출하였다.
1989년부터는 고등학교 졸업자를 대상으로 수업연한 1년의 직업훈련과정을 설치, 운영하고 있으며, 1998년부터 토목·건축·기계·전기·화공·전자기계의 6개 학과로 운영되어 현재에 이르고 있다.
‘세계를 향한 으뜸 기능·기술인 육성’을 인간상으로 삼아 ‘직업기초능력을 갖추고 소질을 개발하는 사람, 지(智)·덕(德)·효(孝)를 바탕으로 개성을 추구하는 사람, 뚜렷한 인생 목표로 미래를 향해 도전하는 사람, 투철한 국가관으로 공동체 발전에 공헌하는 사람’을 교육목표로 하고 있다.
특색사업으로는 바른 품성 교육을 위해 ‘3Y 운동, 3N 운동’, 기초학력신장을 위해 ‘기초학력 미달자 0% 달성, 1인 3자격 취득’, ‘우수 기능영재 육성, 취업률 50% 달성 등’을 다양하게 운영 중이며, 전국기능경기대회에서도 우수한 실적을 올리고 있다.