Nhìn tổng thể, logo của nhà trường là hình ảnh những cánh tay (trực diện 2-phía dưới) nâng niu những cuốn sách (trực diện 1-phía trên).

Ở trên cùng là hình ảnh ngôi sao sáng lấp lánh, biểu tượng cho những gì đẹp đẽ, tinh tuý nhất trên bầu trời. Nó vừa gián tiếp chỉ những cá nhân có khả năng, trí tuệ cao (Nguyễn Trãi cũng đã được Vua Lê Thánh Tông ví như ánh Sao Khuê), vừa cũng chỉ sự vươn tới những vì sao trí tuệ của những ai có khao khát và hoài bão trong khoa học.

Hình ảnh trực diện 1 là biểu tượng của nhiều cuốn sách, nó thể hiện đặc trưng cơ bản của nhà trường, của tri thức và của văn hoá. Đối với một trường phổ thông Năng khiếu thì đặc điểm này rất được coi trọng và cần phải phấn đấu đạt được.

Giữa những cuốn sách là chữ NK - viết tắt của từ năng khiếu (Từ năm 1997 thay bằng chữ NGUYỄN TRÃI) font chữ có phong cách cổ là phong cách truyền thống văn hiến Việt Nam; trên chữ NK là hai biểu tượng như hai đai mũ ám chỉ những người học giỏi đã thi đỗ thành danh được phong tặng mũ trạng; hai biểu tượng này còn có thể hiểu là các mái nhà tri thức, mang ý nghĩa bề dày truyền thống cổ xưa của Việt Nam (đặc biệt ở Hải Dương, ta có thể nhìn thấy ở đây hình ảnh trường học của thầy Chu Văn An, hình ảnh của Văn miếu Mao Điền - những hình ảnh biểu tượng của truyền thống hiếu học người tỉnh Đông)

Hình ảnh trực diện 2 là biểu tượng vừa như là những bàn tay nâng niu các cuốn sách, vừa như là những vòng đua trí tuệ cho những người tài giỏi và sâu xa hơn, nó còn là những nếp nhăn của não người, ám chỉ những cá nhân có bộ óc thông minh sáng tạo.

Màu sắc chủ đạo của logo là màu xanh của bầu trời, màu xanh của tuổi trẻ và màu xanh của những ước mơ, của những con người luôn muốn vươn tới tầm cao của trí tuệ.