Nguyễn Khuyến từng là trường cấp 2 trọng điểm của thành phố, có nhiệm vụ đào tạo học sinh giỏi, học sinh năng khiếu phục vụ chiến lược "đào tạo người tài" của thành phố Đà Nẵng. Tại các cuộc thi học sinh giỏi cấp thành phố, Nguyễn Khuyến có tỷ lệ học sinh đạt giải lên đến 97% và tỷ lệ giải nhất, nhì là 65-70%.[5] Nhiều năm liền Nguyễn Khuyến duy trì tỉ lệ 100% học sinh tốt nghiệp trung học cơ sở và thi đậu vào các trường công lập, trong đó hơn một nửa số học sinh trúng tuyển Trường chuyên Lê Quý Đôn,[48] và nhiều học sinh từng là thủ khoa kỳ thi vào lớp 10.[49][50][51][52] Ngoài ra, học sinh Nguyễn Khuyến còn đạt được nhiều thành tích tại các cuộc thi cấp thành phố như Tin học trẻ không chuyên,[53][54] hay cấp quốc gia như Giải toán trên máy tính cầm tay, Olympic Toán tuổi thơ, Tin học trẻ toàn quốc.[55][56][57] Trong hai năm liên tiếp 2011 và 2012,[58][59] trường Nguyễn Khuyến đều có học sinh đoạt giải Olympic Toán học châu Á - Thái Bình Dương vòng 1 và lọt vào Vòng chung kết tại Singapore.[60][61]