조선총독부는 1938년 4월 9일자 총독부 고시 제319호로 전라남도 광주에 관립광주사범학교를 설치하고 5년제의 심상과, 1년제의 강습과, 6년제의 부속소학교를 두도록 하였다.
이에 따라 1938년 4월 21일 심상과 2개 반 103명, 강습과 5개 반 250명의 입학식을 광주농업학교의 일부 가교사에서 거행함으로써 관립 광주사범학교가 개교되었다.
광주사범학교의 심상과는 1950년 5월까지 존속되어 8회에 걸쳐 511명의 졸업자를 배출하였고, 강습과는 1945년 3월까지 6회의 수료자를 배출하고, 1949년부터 1952년까지 다시 개설되어 3회에 걸쳐 172명의 수료자를 배출하였다.
1939년 9월 15일 신축된 신교사로 이전되었고, 1940년 4월에 1년제의 특설강습과(特設講習科)가 개설되어 1944년 3월까지 4회에 걸쳐 624명의 수료자를 배출하였다. 1942년 4월 20일에 4개월 과정의 임시강습과가 설치되어 특설강습과 수료자를 대상으로 한 재교육을 실시한 결과 1943년 3월까지 3회에 걸쳐 133명의 수료자를 배출하였다.
1943년 4월에 특설강습과는 특설연구과(特設硏究科)로 개칭되면서 10주간 과정으로 사범계출신 교사를 대상으로 재교육을 실시하여 1944년 3월 20일까지 3회에 걸쳐 135명의 수료자를 배출하였다.
1946년 9월 1일 학제 개편에 따라 사범과(사범학교 본과)와 중학교로 개편되고 남녀공학제로 운영되기 시작하였다. 1949년에 1년제의 강습과가 개설되어 1952년까지 3회에 걸쳐 172명의 수료자를 배출하였는바, 입학자격을 중학교 3년 수료자로 하였다.
1950년 4월 1일 공립에서 국립으로 이관되고, 1951년 4월 1일 고등학교 수료 정도의 학력을 가진 상이군경을 대상으로 한 1년제의 특설교원 양성소(초등과)가 설치되어 1952년 3월 25일 31명의 수료자를 배출하고 폐소되었다.
1953년 4월 1일 고등학교 졸업자를 입학자격으로 하는 1년제의 연수과(演修科) 가 개설되어 1955년 3월 31일까지 2회에 걸쳐 116명의 졸업자를 배출하였다. 1955년 4월 1일에 부설영생유치원이 설치되고, 병설중학교가 1955년 3월에 중학교 교원 양성기관으로 신설된 광주사범대학의 부속중학교로 이관되었다.
1961년 4월 1일에 광주사범학교는 광주사범대학과 통합되어 초등교원 양성기관인 신제 광주사범대학으로 개편되었다. 이에 따라 광주사범학교는 1962년 2월 9일 사범과 제 17회 졸업식을 거행함으로써 폐지되었는바, 사범과(본과)는 17회에 걸쳐 3,594명의 졸업자를 배출하였다.