1946년 6월 10일 경성제이공립고등여학교로 개교하였다. 1922년 5월 설립되어 운영되어 오던 일본인 학교를 광복 후 인수하여 개교한 것으로 초대 교장에 방순경(方順京)이 취임하였다. 같은 해 9월 경성제이공립여자중학교로 교명을 변경하였으며, 학교 수는 24학급에 1,200명이었다.
1949년 6월 제1회 졸업생 27명을 배출하고, 1949년 10월 수도여자중학교로 개칭하였다가 1951년 「교육법」 개정에 의하여 수도여자고등학교와 수도여자중학교로 분리, 개편하였다. 1954년서울 용산구 후암동으로 교사를 이전하였고, 1971년 수도여자중학교는 폐교되었다. 1974년 방송통신고등학교를 부설하였으며, 2000년서울특별시 동작구 신대방동 현재의 위치에 교사를 신축하고 이전하였다.
2010년 현재 34학급에 총 1,399명의 학생이 재학하고 있다. 교직원은 90명이 재직하고 있으며, 62회 졸업식을 거치면서 총 3만 1248명의 졸업생을 배출하였다. 부설방송통신고등학교는 15학급에 587명의 학생이 재학하고 있다.
개교 당시의 교훈은 ‘정직·건실·명랑’이었으나, 현재는 진·선·미의 구현을 위하여 ‘슬기롭고, 아름답고, 참되어라’를 교훈으로 삼고 있다.
1976년 교련교육 우수학교, 1983년 과학교육 우수학교, 1995년 학교보건환경 우수학교에 선정되었다.
1950년대부터 1960년대까지의 약 10여 년간은 육상 및 기계체조 부문에서 배출한 우수한 선수들이 로마올림픽과 동경올림픽에 육상·체조 국가대표로 출전하였다. 1972년에는 제25회 졸업식 때 자주국방의 기금 마련을 위한 헌금 바자회를 열어 이후 전국의 여자고등학교에 확산되는 계기가 되었다.
현재 만화반·다도반·댄스반·독서토론반·그룹사운드반 등 상설 동아리 14개를 포함하여 60여 개 동아리가 활동하고 있다. 교내 축제로 1973년부터 매년 백합제가 열린다.