Trường THPT Phạm Hồng Thái có tiền thân là trường Trung học Trung Hoa đặt tại số 67 phố Phó Đức Chính, Hà Nội.

Năm 1976, theo quyết định của Ủy ban Nhân dân Thành phố Hà Nội, trường THPT Phạm Hồng Thái (Ba Đình, Hà Nội) được thành lập.

Năm 1992, Sở Giáo dục và Đào tạo Hà Nội đầu tư cơ sở vật chất và chuyển trường về cơ sở mới ở số 1 phố Nguyễn Văn Ngọc, phường Cống Vị, quận Ba Đình, Hà Nội.[2]