1942년 11월 5년제 제천공립농업학교로 설립되었다. 1943년 4월 농과 1학급 60명을 모집하였으며, 지방의 뜻있는 인사들로부터 부지 및 실습지·학교림 등을 희사받아 출발하였다.
증산을 위한 중견 산업기술인 및 농업기사양성에 목적을 두고, 이론과 실기가 부합되는 교육을 실시하고자 하였다. 인근 지방에 중학교가 없던 당시 농업교육의 중심지로서 지역사회개발에 이바지하였다.
초대 일본인 교장의 뒤를 이어 1944년 허련(許鍊)이 교장에 취임하였으며, 1946년 9월 학제변경에 따라 6년제 제천농업중학교로 개편되었다. 1947년 7월 제1회졸업생 16명을 배출하였다.
1951년 3년제 제천농업고등학교로 개편되었으며, 1966년 12월제천동중학교(堤川東中學校)를 병설하였다가 1976년 2월에 분리하였다. 2007년 3월 제천제일고등학교로 명칭을 변경하였다.
1983년 12월 종합실험실이 신축되어 과학영농을 위한 터전을 마련하였고, 1984년 이래 자립 농업고등학교 체제의 기반조성을 위하여 목장 초지를 매입, 30여 두의 소를 키우고 있다. 1998년 3월 현재 18학급에 재학생 727명, 교원 44명이고, 졸업생은 50회에 총 9,222명을 배출하였다.