1943년 4월에 통영공립고등여학교로 설립되었다. 외국 선교사 건물에서 개교하여 정원 120명의 3학급으로 인가 받았으며, 50명의 입학생 중 한국 학생은 18명에 불과하였다. 해방 후 교훈을 ‘참되자’로 정하고, 바르고 슬기로운 한국여성을 기를 것을 교육목표로 설정하였다.
1946년 9월에 6년제의 통영여자고등학교로 개편되었으며, 1949년 6월에 제1회 졸업생 4명을 배출하였다. 1951년 9월 「교육법」개정에 따라 통영여자중학교와 통영여자고등학교로 분리 개편되었다.
여러 번의 이전을 거쳐 1983년 3월 현재의 위치로 교사를 이전하였다. 1985년 5월에 교사를 신축하였고, 2002년 11월 디지털도서관을 개관하였다.
학교 특색사업(1교 1특색 사업)으로는 ‘합창을 통한 풍요롭고 의미 있는 학교생활’을 목표로, 학생들이 합창을 통해 심미적인 아름다움과 정서적인 안정감, 바람직한 가치관을 갖고 건전한 학교생활을 이어갈 수 있도록 노력하고 있다.