Ngay khi Pháp chiếm xứ Nam Kỳ (Cochinchine) người Pháp đã thiết lập trường học để giảng dạy tiếng pháp và tiếng An Nam, mở trường bổn quốc và trường nữ (trường nữ là Trường Marie Curie sau này). Như vậy, Trường Marie Curie được thiết lập trong khoảng từ năm 1858 đến 1862 (năm Pháp dành quyền bảo hộ xứ Nam Kỳ theo Hòa ước Nhâm Tuất 1862).[cần dẫn nguồn]

Trường mang tên nữ bác học Marie Curie từ năm 1918, là trường dành riêng cho nữ sinh, với tên gọi ban đầu là Cao đẳng tiểu học nữ sinh người Pháp (École Primaire Supérieure des Jeunes Filles Françaises) Lycée Marie Curie. Sau khi Nhật tiến vào Đông Dương năm 1941, trường bị trưng dụng làm bệnh viện nên phải chuyển địa điểm sang một trường mẫu giáo ở đường Phạm Ngọc Thạch ngày nay. Một năm sau, trường được trả lại và dời về địa điểm cũ với tên gọi mới là Trung học cơ sở Calmette. Sau khi quân Pháp trở lại chiếm Sài Gòn vào ngày 23 tháng 9 năm 1945, trường được đổi tên thành Trung học Lucien Mossard[4]. Đầu năm 1948, trường trở lại với tên gọi cũ là Trung học Marie Curie (hay Lycée Marie Curie), mang tên nhà khoa học người Ba Lan – Pháp từng hai lần đoạt giải Nobel Vật lý. Trong thời kỳ Việt Nam Cộng hòa, trường là trường trung học tư thục cho nữ sinh. Đến năm 1970, trường mới tiếp nhận thêm nam sinh theo học.[5][6]

Sau 30/4/1975, Trường Marie Curie đổi tên thành Trường Phổ thông cấp 2&3 Marie Curie (cũ) cho hai niên học (1975-1976 và 1976-1977); đến niên học 1977-1978, trường không còn dạy các lớp cấp 2 phổ thông hệ 12/12 năm, chỉ dạy cấp 3 phổ thông hệ 12/12 năm (lớp 10, 11 và 12 các khối AB - C - D) nên Trường Phổ thông cấp 2&3 Marie Curie (cũ) đổi tên thành Trường Phổ thông trung học Marie Curie...[cần dẫn nguồn]

Năm 1997, trường được đổi tên thành Trung học phổ thông bán công Marie Curie.[7] Trước đây, trường từng là trường trung học phổ thông lớn nhất Việt Nam với hơn 5000 học sinh mỗi năm.[5] Trường dạy hai ca sáng và chiều với tổng cộng 90 đến 100 lớp trong hơn 50 phòng học. Hiện nay, để tăng chất lượng giáo dục, trường đang giảm dần sĩ số. Hiện trường có gần 200 giáo viên, nhân viên,[1] và hơn 3000 học sinh,[8] với trên 70 lớp.[5]

Năm 2006, trường được chuyển sang hệ công lập[8] với tên gọi Trung học phổ thông Marie Curie cho đến nay. Đồng thời, đồng phục nữ sinh của trường sẽ là váy dài xanh, áo trắng vào các ngày thường, còn thứ 2 đầu tuần, thứ 7 và các ngày lễ mặc áo dài, nam mặc quần xanh, áo trắng, mang giày thể thao bata, và khi học quốc phòng và thể dục thì cả nam lẫn nữ đều mặc đồng phục thể dục.

Năm 2015, trường được UBND TP.HCM công nhận là di tích lịch sử – văn hóa – danh lam thắng cảnh của thành phố.[5]

Ngày 17 tháng 11 năm 2018, trường đã tổ chức lễ kỷ niệm 100 năm ngày thành lập với sự tham dự của hơn 1000 người, gồm những giáo viên - học sinh hiện tại cũng như nhiều cựu giáo viên - học sinh khác, đáng chú ý trong số cựu học sinh trường có nguyên Phó Chủ nhiệm Ủy ban Đối ngoại Quốc hội Tôn Nữ Thị Ninh, Phó Thủ tướng Trương Hòa Bình, nhà thiết kế thời trang Sỹ Hoàng, Ca sĩ Đông Nhi... cùng một số quan chức như Thứ trưởng Bộ GD-ĐT Nguyễn Văn Phúc và Phó Chủ tịch thường trực UBND TP.HCM Lê Thanh Liêm.[9][10][11][12]