1904年，南海士坤在原西湖书院（西湖路360号）基础上，设立简易师范学堂，是为学校的开端。
1907年，西湖书院和南海师范学堂合并为南海中学堂（校址在西湖路360号），朱世畴出任校长。
1910年，学校迁至光复中路高第坊芦荻东报资寺。
1912年，正式命名为南海中学。
1922年，当时南海县政府有将南海中学改为师范学校并迁入佛山之意，学校师生坚决反对，学校才得保留，成立南海中学校董会，筹资办学经费。至此，广州的南海中学与佛山的南海县立中学各自办学。
1927年，国民政府教育部督学视察考核验收，评价南海中学是全国最优的九所中学之一。
1930年秋，增设乡村师范学校。
1938年初，由于日寇入侵，遂分批向附近农村疏散。高中部迁南海盐步北村陈氏大宗祠上课；初中部迁南海泌冲上课；附小迁南海南村，图书仪器搬到南海麻奢（里水）。
1938年10月，迁至中山县前山（现珠海前山）上课。不久，迁澳门与石门中学、南海县立第一中学等合办，名为南海联合中学。
1939年，万善识字班设立，是为万善中学前身。
1940年，万善中学初中部成立，校址广州丰宁路（现人民中路）。
1941年，香港沦陷，联合中学被迫停办，直至抗战胜利。
1944年，万善中学组织临时校董会，坚持独立办学。
1945年，南海中学回广州复办。当时西华路校址为法商学院借用，暂在南海学宫上课。
1947年2月，迁回西华路原址复课。
1949年，万善中学改为完全中学。
1953年，广州市中学进行合并。南海中学与万善中学合并为公立广州市第十一中学，仍以南海中学为校址。学校隶属广州市教育局。
1966年-1968年，校名一度改为“红卫战校”。
1969年10月-1977年，在广州市郊钟落潭茅岗白土村建学农分校。
1975年，学校下放荔湾区管理。
1978年7月，国家恢复高考第二年，我校第一年参加高考，成绩在荔湾区中学中名列前茅。
1980年9月，学校归属广州市教育局管理。
1999年7月，实施“先锋工程”，进一步加强党组织建设，学校获准由党支部转为党总支建制。
2000年8月，学校重新下放荔湾区管理。
2000年11月，学校被评为“广州市一级学校”。
2005年7月，学校被评为“广东省一级学校”。
2006年9月，高中部落成启用。
2006年10月，复名为“广州市南海中学”。
2007年，被评为“广东省绿色学校”。
2007年9月，被评为“荔湾区五星级书香校园”。
2009年,学校高分通过“广东省普通高中教学水平优秀等级学校”评估。
2010年,学校顺利通过“广州市义务教育规范化学校”评估。
2010年,学校设立中共广州市南海中学委员会。