Trong hơn 55 năm, Trường Trung học phổ thông Chuyên Đại học Sư phạm Hà Nội đã đào tạo hơn 7000 học sinh.[12] Trong đó, hơn 500 người đạt học vị tiến sĩ và hàng nghìn người có học vị thạc sĩ. Nhiều người cũng là những doanh nhân thành đạt, y bác sĩ, kĩ sư công nghệ thông tin, chính trị gia.... nổi tiếng.

Hội Cựu học sinh Chuyên Sư Phạm

Hội Cựu học sinh Chuyên Sư phạm là một tổ chức hội hoạt động nhằm gắn kết cộng đồng cựu học sinh của trường, hỗ trợ các cựu học sinh trong học tập, công việc và hỗ trợ nhà trường. Hoạt động thường xuyên của hội là chương trình CSP Càfe hàng tháng và CSP Càfe theo chủ đề, nơi các cựu học sinh mở rộng quan hệ (networking) trong từng lĩnh vực. Ngoài ra, hội cũng hỗ trợ chia sẻ thông tin liên quan tới cơ hội việc làm, thực tập, học tập, du học.

Chủ tịch danh dự của hội hiện nay là GS.TSKH. Hồ Tú Bảo, khóa 1, Giám đốc phòng thí nghiệm về trí tuệ nhân tạo tại Viện Khoa học và Công nghệ Tiên tiến Nhật Bản (JAIST).

Các cựu học sinh tiêu biểu

Chính trị

• Đoàn Xuân Hưng - Nguyên Thứ trưởng Bộ Ngoại giao Việt Nam, Đại sứ Đặc mệnh Toàn quyền của Việt Nam tại Nhật Bản và Liên Bang Đức.
• Nguyễn Huy Dũng - Thứ trưởng Bộ Thông tin và Truyền thông[28], Phó Chủ tịch Hội Liên hiệp Thanh niên Việt Nam.
• Lê Quốc Thịnh - Nguyên Phó Chủ nhiệm Ủy ban Nhà nước về người Việt Nam ở nước ngoài (Tổng cục phó), Nguyên Tổng Lãnh sự Việt Nam tại Osaka, Nhật Bản.
• Nguyễn Hội Nghĩa - Nguyên Phó Giám đốc Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh (Thứ trưởng), thành viên tổ giáo viên sáng lập Trường Phổ thông Năng khiếu, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh
• Lương Văn Cầu - Phó Chủ tịch Ủy ban nhân dân tỉnh Hải Dương nhiệm kỳ 2015-2021
• Phan Văn Lân - Giám đốc Sở Giáo dục và Đào tạo tỉnh Phú Thọ.
• Nguyễn Đình Công - Phó Chủ tịch Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam (Thứ trưởng), nguyên Viện phó Viện Toán học Việt Nam.

Khoa học

• Nguyễn Lân Việt - Giáo sư Y học, Nguyên Hiệu trưởng Đại học Y Hà Nội, Chủ tịch Hội Tim mạch Việt Nam, Viện phó Viện Tim mạch Việt Nam.
• Hồ Tú Bảo - Giáo sư, Tiến sỹ Khoa học Máy tính, Giám đốc Phòng thí nghiệm Phương pháp luận Sáng tạo Tri thức, Viện khoa học và Công nghệ Tiên tiến Nhật Bản (JAIST), Thành viên Hội đồng Khoa học Viện toán Cao cấp Việt Nam
• Đỗ Đức Thái - Giáo sư Toán học, Trưởng khoa Toán, Đại học Sư phạm Hà Nội, Thành viên Hội đồng Khoa học Viện toán Cao cấp Việt Nam.[29]
• Vũ Kim Tuấn - Ghế Giáo sư Toán học đặc biệt (Distinguished Chair) Đại học West Georgia, Hoa Kỳ.[30]
• Đinh Tiến Cường - Giáo sư Provost’s Chair Toán học, Đại học Quốc gia Singapore, nguyên Giáo sư Đại học Sorbonne, Pháp, Thành viên Hội đồng Khoa học Viện toán Cao cấp Việt Nam.
• Nguyễn Tự Cường - Giáo sư, Tiến sĩ Khoa học Toán học, Viện Toán học Việt Nam, Giải thưởng Hồ Chí Minh đợt V.
• Nguyễn Đông Yên - Giáo sư, Tiến sĩ Khoa học Toán học, Giải thưởng Tạ Quang Bửu 2015.
• Phạm Đức Chính - Giáo sư, Tiến sĩ Khoa học Cơ học, Giải thưởng Tạ Quang Bửu 2019.
• Hà Anh Vũ - Honeywell International Center, Hoa Kỳ.
• Nguyễn Hồng Thái - Giáo sư tại Viện Toán của Đại học Szczecin, Ba Lan.
• Lê Thái Hoàng - Giáo sư Trợ lý Toán học tại Đại học Mississippi, Hoa Kỳ.
• Mai Anh Tiến - Giáo sư Trợ lý Hệ thống thông tin, Đại học Quản lý Singapore.
• Vũ Thành Long - Nhà nghiên cứu, Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) [31]
• Vũ Hoàng Ngân - Phó Giáo sư, Phó khoa Kinh tế và Quản lý Nguồn nhân lực, Đại học Kinh tế Quốc Dân.
• Trần Công Minh - Nghiên cứu sau tiến sỹ và Tiến sỹ Kỹ thuật Y Sinh tại Đại học Oxford, Forbes 30 Under 30 năm 2022.
• Nguyễn Quang Diệu - Giáo sư Toán học, giáo sư trẻ nhất Việt Nam năm 2011, Trưởng bộ môn tại Đại học Sư phạm Hà Nội[32]

Kinh doanh

• Lê Đình Long - Giám đốc Phát triển Trung tâm Doanh nghiệp Xã hội Spark, Nguyên Tổng giám đốc Ngân hàng Quốc tế Việt Nam (VIB), Nguyên Tổng giám đốc Hong Leong Bank Vietnam.[33]
• Nguyễn Tử Quảng - Sáng lập và Tổng Giám đốc Tập đoàn công nghệ Bkav.[34]
• Nguyễn Hoàng Long - Phó Tổng giám đốc Viettel Post.
• Đỗ Văn Minh - Tổng giám đốc Công ty cổ phần Gemandept (HOSE: GMD)
• Trần Công Tước - Nguyên Giám đốc Điều hành và Thành viên ban Tổng Giám Đốc, Tổng công ty Bia - Rượu - Nước giải khát Sài Gòn (Sabeco)
• Nguyễn Tất Đắc - Nhà đồng sáng lập và Tổng giám đốc chuỗi bán lẻ ShopDunk, Đồng sáng lập JupViec.vn
• Đào Trọng Khoa - Phó Chủ tịch Hiệp hội Logistics Việt Nam.
• Đỗ Tuấn Anh - Phó Tổng giám đốc Công ty Bảo hiểm MB Aegis Life
• Nguyễn Kim Cương - Phó Tổng giám đốc Tổng Công ty Công nghệ & Giải pháp CMC
• Hà Thanh Tú - Giám đốc Hoạt động Kinh doanh mới trong Thị trường Vốn khu vực Đông Nam Á, McKinsey & Company.
• Nguyễn Thành Nhân - Giám đốc Dữ liệu kiêm Phó Giám đốc Công nghệ, Tập đoàn FPT.[35]
• Đinh Trung Hiếu - Nguyên Giám đốc Trade Marketing Văn phòng Đông Nam Á, Tập đoàn Anheuser-Busch InBev.[36]
• Phạm Nam Long - Nhà sáng lập và Tổng giám đốc, công ty ABIVIN.[37]
• Nguyễn Đăng Hiếu - Tổng giám đốc Adlex.
• Trần Trung Hiếu - Nhà sáng lập và Tổng giám đốc TopCV, Forbes 30 Under 30 2022.
• Nguyễn Quang Kỷ - Nhà đồng sáng lập Rikkeisoft.

Khác

• Doãn Minh Cường (khóa 1) - Cựu Trưởng Khối (tương đương Hiệu trưởng) Trung học phổ thông Chuyên, Đại học Sư phạm Hà Nội.
• Lưu Đào Dũng Trí - Giải ba chung kết Đường lên đỉnh Olympia năm thứ 20
• Lương Ý Như - Giải phụ "Người đẹp Thân thiện" và Top 10 tại Cuộc thi Hoa hậu Hoàn vũ Việt Nam 2019, beauty blogger.
• Nông Thúy Hằng - Hoa hậu các Dân tộc Việt Nam 2022, đại diện Việt Nam dự thi Hoa hậu Trái Đất 2023.
• Lương Kỳ Duyên - Hoa hậu Du lịch Việt Nam 2022