전문 해양 인력을 양성한다는 목적 하에 1948년 7월 6일대천 수산초급중학교 설립 인가를 받아 수산과 6학급으로 개교하였다. 1951년 8월 31일 대천수산고등학교로 승격 인가를 받았으며 학과로서 어로과와 증식과를 두었다. 1974년 1월 5일 대천서중학교 병설 인가를 받았다. 1976년 10월 30일 기관과를 증설하였고, 1979년 10월 15일에는 통신과를 증설하였다. 이후 1987년 7월 31일에 통신과를 폐과하고 자영수산과를 증설하였다. 2001년 3월 1일 충남해양과학고등학교로 교명을 변경하였다. 이때 수산양식과를 폐과하고 냉동공조과를 신설하였다.
교훈은 ‘희망과 꿈’이며, 교목은 해송, 교화는 해당화, 교조는 까치이다. 개설된 학과로는 해양생산과, 동력기계과, 자영수산과, 냉동공조과 등이 있다. 주요 시설로는 실습실·특별실과 제2종합실습장을 갖추고 있으며, 2009년 현재 재학생 327명(전체 학생의 99.1%)이 장학금 수혜를 받고 있는 형편이다.
2010년 현재 12학급이 개설되어 있고, 학생 344명이 재학하고 있으며, 일반 교사 27명과 일반·기능직원 27명 등 총 54명의 교직원이 근무하고 있다. 2010년 2월 10일 제57회 졸업식을 거행하였으며, 지금까지 누적된 졸업생 수는 총 5,848명에 이른다.