Trường THPT chuyên Khoa học Tự nhiên thuộc Trường Đại học Khoa học Tự nhiên (ĐHQGHN) là một trong những đơn vị giàu thành tích nhất cả nước về đào tạo học sinh các khối chuyên về khoa học tự nhiên, đang dần khẳng định vị thế trong các trường THPT danh tiếng của khu vực và thế giới.
Ra đời trong hoàn cảnh chiến tranh khốc liệt, học tại khu sơ tán tại huyện Đại Từ (Thái Nguyên) nhưng những học sinh khối chuyên thời kỳ đầu (1965 - 1970) được theo học những giáo sư nổi tiếng như các thầy Hoàng Tụy, Phan Đức Chính, Hoàng Hữu Đường, Nguyễn Thừa Hợp, Nguyễn Bác Văn, Phạm Tấn Dương…
Năm 1974, học sinh khối chuyên Toán có mặt trong đoàn học sinh Việt Nam đầu tiên tham dự Olympic Toán quốc tế tại Cộng hòa dân chủ Đức. Dù lần đầu được cọ xát, học hỏi tại một môi trường quốc tế, học sinh Hoàng Lê Minh của khối chuyên Toán đã xuất sắc giành Huy chương Vàng đầu tiên, mở ra một giai đoạn với những thành tích rực rỡ trong các kỳ thi Olympic khu vực và quốc tế của khối chuyên sau này.
Từ thành công của khối chuyên Toán, các khối chuyên khác lần lượt được thành lập tại Trường ĐH Tổng hợp Hà Nội và Trường ĐHKHTN (ĐHQGHN) sau này. Đó là khối chuyên Lý (năm 1985), khối chuyên Hóa học, Tin học và Sinh học (từ năm 1992 đến 1998) đảm nhận nhiệm vụ đào tạo học sinh giỏi các môn học này.
Ngày 16/6/2010, Trường THPT chuyên KHTN được thành lập nhằm tạo điều kiện để phát triển các khối chuyên quy mô và hiệu quả hơn. Như vậy, trải qua 48 năm phát triển, từ lớp học đầu tiên với 38 học sinh, đến nay, Trường đã có 5 khối chuyên, đã và đang đào tạo hơn 1.300 học sinh năng khiếu, tuyển sinh khoảng 450 chỉ tiêu mỗi năm.
Cho đến nay, học sinh của Trường vẫn là thành viên nòng cốt của các đội tuyển quốc gia tham dự các kỳ Olympic quốc tế. Học sinh của Trường đoạt 181 huy chương Olympic quốc tế và khu vực, trong đó có 43 huy chương Vàng.
Bên cạnh đó, nghiên cứu khoa học cho học sinh cũng được coi trọng. Bộ môn Toán của Trường THPT chuyên KHTN là đơn vị dẫn đầu trong phong trào này với việc tổ chức hội nghị khoa học cho học sinh hàng năm. Các kết quả này đều được các học sinh viết bằng tiếng Anh như một bài báo khoa học. Đây là những bước đi ban đầu để học sinh là quen với việc tìm tòi sáng tạo, một kỹ năng rất quan trọng của nguồn nhân lực cao trong thời đại kinh tế tri thức hiện nay.
Cũng từ cái nôi đào tạo nhân tài này đã hình thành các tập thể chuyên gia Toán học, Vật lý, Hoá học, Tin học, Sinh học hàng đầu ở trong nước và khu vực. Nhiều học sinh đã trở thành những viện sĩ, tiến sĩ khoa học, giáo sư đầu ngành, nhiều người đã và đang giữ trọng trách tại các trường đại học, các viện nghiên cứu lớn, các đơn vị kinh tế mũi nhọn.
