Từ khi thành lập, trường Hà Nội Amsterdam đã có nhiều hoạt động giao lưu và hợp tác quốc tế với các trường phổ thông, đại học và nhiều tổ chức trên thế giới. Suốt nhiều năm qua, nhà trường đã giữ được những mối quan hệ tốt đẹp với các trường đại học, cao đẳng và trung học tại các nước phát triển: Học viện INSA (Pháp), Đại học Connnecticut, Đại học Oregon, Đại học Carroll (Hoa Kỳ), Taylor’s Culverhay (Anh), Đại học Bellereys (Úc), Đại học Nam Ninh (Trung Quốc), Trung học Nayang (Hàn Quốc), Trung học Jean de la Fontaine (Pháp), Trung học Anglo-Chinese (Singapore), Trường chuyên ngữ Anyang (Hàn Quốc).[2][11][45][46]

Hàng năm, các khối chuyên ngữ của trường Trung học phổ thông chuyên Hà Nội - Amsterdam thường tổ chức những buổi gặp gỡ giao lưu giữa các khoá trong khối với nhau hoặc với các tổ chức quốc tế. Các học sinh của các khối chuyên Pháp, chuyên Nga, chuyên Trung đã thực hiện nhiều hoạt động ngoại khóa với nhiều Đại sứ quán và đã đón tiếp nhiều học sinh từ các trường trung học phổ thông khác nhau trên thế giới. Trường Hà Nội - Amsterdam cũng là một trong những trường đầu tiên của Hà Nội chuẩn bị cho kế hoạch dạy Toán và các bộ môn khoa học bằng Tiếng Anh vào năm học 2011 - 2012.[2][47] Ngoài ra, trường còn cho tổ chức nhiều chương trình giao lưu với nước ngoài bao gồm: đào tạo và bồi dưỡng giáo viên ở nước ngoài; học tập các phương pháp đào tạo ở các nước phát triển như Anh, Singapore, Hàn Quốc và Đài Loan; thực hiện phương pháp trao đổi giáo viên, học sinh để giao lưu giữa các trường đại học của Hoa Kỳ, Hàn Quốc, Úc và Singapore; cho bạn bè quốc tế giới thiệu du học với học sinh trong trường (như hội thảo du học Anh Quốc).

Nhiều học sinh trường Hà Nội - Amsterdam đã được gửi đi tham dự nhiều hội nghị cấp quốc tế đại diện cho trường như Hội nghị về Quyền trẻ em ở Mỹ (tháng 5 năm 2002), Hội nghị Môi trường ở Nam Phi (tháng 7 năm 2002), Hội nghị Diễn đàn về Quyền trẻ em ở Hàn Quốc (tháng 9 năm 2003),[48] Nghị viện Thanh niên Thế giới tại Sydney (2000, 2004),[49] Hội thảo các nhà khoa học trẻ các quốc gia APEC (tháng 4 năm 2011).[50] Nhiều cuộc thi mang tính quốc tế như cuộc thi tìm hiểu ASEAN, cuộc thi "Cải thiện việc sử dụng và bảo vệ nguồn nước" cũng đã được nhiều học sinh tham gia.[51]