1930년 4월에 천안공립농잠보습학교로 설립되었다. 농업과에 33명이 입학하여 1932년 제1회 졸업생 30명을 배출하였다. 당시의 주된 교육과정은 수신·국어·산술·경종(耕種)·양잠·양축·임업·농경 등이었다. 1933년에 천안공립농업실수학교로 개편하였고, 1937년에 천안공립농업전수학교로 인가되었다. 1940년 4년제 천안공립농업학교, 1946년에 6년제 천안농업중학교로 개편되어 여자부 가정과 1학급을 설치하였다.
1947년에 교명을 천안공립농업중학교로 변경하였다. 1948년 여자부 가정과가 천안공립여자중학교로 분리되었다. 1951년 ‘교육법’ 개정에 따라 천안중학교와 천안농업고등학교로 분리, 개편되어 고등학교는 농업과 9학급과 원예과 3학급을 설치하였다.
1954년에 축산과를 신설하였고, 1955년 농업토목과, 1964년에 잠업과, 1970년 농산제조과, 1973년에 농업기계과를 신설하였다. 1983년에 농산제조과를 식품가공과로 학칙 변경하였다. 1992년에 조원과와 유통정보과를 신설하고, 1995년에 조원과를 조경과로 학칙 변경하였다. 1995년에 지적과를, 1998년에 도시원예과와 특수학급을 신설하였다.
2000년에 개교 70주년 행사가 있었다. 2007년 3월 애완동물과, 식물자원과, 토목행정과 등으로 학과 명칭을 변경하였으며, 2008년 3월천안제일고등학교로 교명을 변경하였다.
학생활동으로는 1947년에 조직된 축구부 외에 밴드부, 태권도부의 활동이 두드러지며 매년 장미축제와 국화재배 등의 영농작품전시회를 열고 있다. 또한 실습을 위한 체험학습장으로 천안시 수신면 장산리에 3만5000평에 이르는 제2농장이 1987년에 조성되었다. 1991년에 제20년차 한국영농학생전진대회를 성공적으로 개최하였다. 1993년에 교내에 첨단유리온실이 건립되어 지역주민의 견학 및 재배교육을 실시해 지역농업센터로서의 구실을 하고 있다. 1991년에 이어 2001년에도 제30년차 한국영농학생전진대회를 성공적으로 개최하였다.
2010년 현재 특수 3학급을 포함하여 인문반, 원예조경아트과, 동물자원과학, 정보유통과, 농공과, 관광조리경영과 등 6개 학과에 37학급이 설치되었다. 재학생이 1,363명이고, 교원 74명, 행정직원 14명 등 총 88명이 재직 중이다.
‘생명산업을 이끌어 갈 선진 창조인 육성’을 인재상으로 삼아 ‘균형잡힌 신체와 단정한 용모를 갖춘 사람, 조화로운 인격과 시민정신을 갖춘 사람, 기초학력에 충실한 창의력을 갖춘 사람, 소질과 적성에 맞는 직업능력을 갖춘 사람, 배려와 협력 봉사하는 마음을 갖춘 사람’을 배출하는 것을 교육목표로 하고 있다.