Ngôi trường được xây dựng vào năm 1874 do Cha Juhel des Isles De Kerlan-cha đẻ của Nhà thờ Chính tòa Sài Gòn, thành lập bằng kinh phí của chính mình, với tên gọi là La San Taberd. Ban đầu, trường chỉ nhận trẻ mồ côi châu Âu và Pháp bị bỏ rơi, nhưng sau đó nhận tất cả học sinh không phân biệt tín ngưỡng tôn giáo. Sự ra đời của trường La San Taberd có liên quan đến sự hình thành và phát triển của nền giáo dục Pháp - Việt miền Nam Việt Nam, nền giáo dục này đang dần thay thế nền giáo dục Nho giáo lâu đời và có ảnh hưởng nghiêm trọng đến đất nước Trung Hoa, từ các khóa học, sách vở, học tập.
Trường Trung học Phổ thông chuyên Trần Đại Nghĩa cùng với Trường Phổ thông Năng khiếu (Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh) và Trường THPT chuyên Lê Hồng Phong, hiện là ba ngôi trường trung học chuyên tốt nhất thành phố Hồ Chí Minh. Trường THPT chuyên Trần Đại Nghĩa đã trở thành một trong những chiếc nôi đào tạo học sinh giỏi uy tín của Thành phố, được nhiều phụ huynh tin tưởng.
Trường THPT chuyên Trần Đại Nghĩa áp dụng chương trình học tăng cường tiếng Anh theo giáo trình Solutions của Oxford University. Hằng năm, số lượng học sinh được các tổ chức giáo dục trao tặng học bổng đứng nhì thành phố. Bên cạnh sách giáo khoa chính thức của Bộ giáo dục, nhà trường còn sử dụng nhiều tài liệu nâng cao do các giáo viên giàu kinh nghiệm soạn riêng với mục đích bổ sung kiến thức cho học sinh. Nhà trường có đầy đủ cơ sở vật chất từ những thiết bị học cần thiết cho lớp học cho đến những phòng chuyên dụng như phòng thí nghiệm Lý-Hóa-Sinh, phòng nghe nhìn, phòng lab, phòng vi tính. Thư viện trường có hơn 4000 đầu sách, trong đó, số lượng sách văn học chiếm một lượng khá lớn.
Thư viện trường
Ngoài giờ học chính khóa, Nhà trường còn tổ chức các lớp học ngoại khóa nhằm tăng cường sức khỏe như bóng đá, bóng bàn, bóng rổ…cũng như bồi dưỡng năng khiếu hội họa, âm nhạc cho học sinh qua các lớp đàn piano, vẽ tranh…
(WOWTIMES) Những cột mốc đáng nhớ trong hành trình 148 năm của Trường THPT chuyên Trần Đại Nghĩa
Năm 1874, Cha Henri De Kerlan – Cha Sở coi Thánh đường Sài Gòn, đã sử dụng số tiền riêng mà mình dành dụm, sáng lập nên trường Trung học La San Taberd (tiền thân của trường THPT chuyên Trần Đại Nghĩa). Trường được đặt tại dinh của Tri phủ Tân Bình đời Tự Đức và bắt đầu khởi công vào năm 1875. Cuối cùng, sau 12 năm kéo dài, vào năm 1887, nhà trường chính thức đã hoàn thành việc xây dựng.
Tháng 2/1976, theo quyết định số 32/TCCQ của Ủy ban Nhân dân Cách mạng thành phố, trường Trung học Sư phạm được thành lập trên khuôn viên của trường La San Taberd với nhiệm vụ đào tạo giáo viên cấp I cho thành phố.
Năm 2000, tiếp nhận cơ sở vật chất từ trường Trung học Sư phạm, Trường THPT Trần Đại Nghĩa được thành lập do Tiến sĩ, Nhà giáo Ưu tú Nguyễn Bác Dụng làm Hiệu trưởng.
Ngày 04/10/2002, UBND Thành phố Hồ Chí Minh ra Quyết định số 4072/QĐ-UB cho phép chuyển Trường THPT Trần Đại Nghĩa thành Trường THPT chuyên Trần Đại Nghĩa.
Từ năm học 2003-2004, nhà trường bắt đầu tuyển sinh các lớp 10 chuyên Anh, Toán, Văn, Lý, Hóa.
Năm 2009, Trường THPT chuyên Trần Đại Nghĩa đã được Chủ tịch nước trao tặng Huân chương Lao động hạng Ba.
Năm học 2013 – 2014, trường tuyển sinh thêm lớp chuyên Sinh, đồng thời vẫn duy trì mô hình học tập bán trú.
Năm 2014, Trường THPT chuyên Trần Đại Nghĩa đã được Chủ tịch nước trao tặng Huân chương Lao động hạng Nhì.
Ngày 30/12/2019, Ủy ban Nhân dân Thành phố Hồ Chí Minh quyết định công nhận Trường THPT chuyên Trần Đại Nghĩa là Di tích kiến trúc nghệ thuật cấp Thành phố.
Với bề dày hơn một thế kỷ xây dựng và phát triển, hiện Trường THPT chuyên Trần Đại Nghĩa tự hào là ngôi trường mơ ước của bao nhiêu thế hệ học sinh. Và cũng từ đây, đã đào tạo ra những nhân tài góp sức mình vào sự nghiệp xây dựng đất nước.