桂林中学的前身是宋、元、明、清四朝的广西最高学府——“府学”。南宋乾道三年（1167年），靖江知府张维在学校所在地建立府学。后历经府学、路学、县学书院之变迁，至1905年9月23日，由广西巡府张呜歧倡议建立，开办“桂林府中学堂”，此为近代桂林中学的始初。这一百年多间，学校培养了近5万学子。
1912年，更名为“广西桂林中学校”。其后，因学制更动，隶属关系变化和几校分合等原因，先后使用过“广西省立第三中学校”，“广西省立第三高级中学”，“广西大学第二附属高级中学”，“广西省立桂林高级中学”，“广西省立桂林中学”，“桂林高中”，“广西省桂林中学”等名称。
1951年，桂林中学被广西省文教厅定为广西中学教改实验的重点学校。
1953年，桂林中学被定名为广西省首批重点中学。
1959年，最后定名为“桂林中学”。
1992年，被《中国名校》编委会审定为中国名校（1991年收录在中国教育大词典上，广西8所，桂中是桂林地市唯一代表）。
2003年4月，成为广西壮族自治区首批示范性高中。
2009年，学校首批通过复查评估示范性普通高中，为广西前20所通过的学校。