โรงเรียนเตรียมอุดมศึกษา เดิมมีชื่อว่า "โรงเรียนเตรียมอุดมศึกษา แห่งจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย" ตั้งอยู่เลขที่ ๒๒๗ ถนนพญาไท แขวงวังใหม่ เขตปทุมวัน กรุงเทพมหานคร ๑๐๓๓๐ ติดกับ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย โรงเรียนนี้เดิมสังกัดอยู่กับจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย และเตรียมนักเรียนแผนกต่างๆ ไว้สำหรับเข้าศึกษาในคณะต่างๆ ของจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัยโดยเฉพาะ สภามหาวิทยาลัยได้ลงมติให้จัดตั้งโรงเรียนเตรียมอุดมศึกษาขึ้น เมื่อวันที่ ๓ มกราคม พ.ศ.๒๔๘๐ โรงเรียนเปิดเมื่อวันที่ ๑๖ พฤษภาคม พ.ศ.๒๔๘๑ และนักเรียนเริ่มเรียนวันแรกเมื่อวันที่ ๑๙ พฤษภาคม พ.ศ.๒๔๘๑ โดยมี ฯพณฯ ศ.จ.ม.ล. ปิ่นมาลากุล เป็นผู้อำนวยการท่านแรกของโรงเรียน

ต่อมาเมื่อ พ.ศ.๒๔๙๐ โรงเรียนเตรียมอุดมศึกษาได้โอนไปสังกัดกรมวิสามัญศึกษา และมีระเบียบกำหนดให้นักเรียนที่เรียนจบการศึกษาจากโรงเรียนนี้ สอบคัดเลือกเข้าจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย เช่นเดียวกับนักเรียนชั้นเตรียมอุดมศึกษาของโรงเรียนทั่วไป ทั้งยังตัดคำว่า"แห่งจุฬาลงกรณ์ มหาวิทยาลัย" ออก คงเหลือคำว่า "โรงเรียนเตรียมอุดมศึกษา" เท่านั้น

เมื่อ พ.ศ.๒๕๐๓ ได้มีการเปลี่ยนแปลงแผนการศึกษาแห่งชาติใหม่ เรียกชั้นเตรียมอุดมศึกษาปีที่ ๑ และปีที่ ๒ เดิมว่า ชั้นมัธยมศึกษาตอนปลายสายสามัญ แบ่งเป็นชั้นมัธยมศึกษาปีที่ ๔ และ ๕ แผนกศิลปะ แผนกวิทยาศาสตร์ และแผนกทั่วไป มีหลักสูตรสองปีเท่าเดิม โรงเรียนเตรียมอุดมศึกษาจึงเป็น ชื่อเฉพาะที่มีความหมายเช่นเดิม เพราะนักเรียนที่เข้ามาเรียนในโรงเรียนนี้ ส่วนมากต้องการไปเรียนต่อขั้นอุดมศึกษา

อนึ่งโรงเรียนเตรียมอุดมศึกษาสามพราน ได้ตั้งขึ้นในปี พ.ศ.๒๕๐๑ โดยย้ายมาจากโรงเรียนเตรียมอุดมศึกษาบางปู ซึ่งตั้งขี้นในปี พ.ศ.๒๕๐๐ ครั้นต่อมาในปีการศึกษา ๒๕๐๗ โรงเรียนเตรียมอุดมศึกษาสามพราน ก็ได้ย้ายเข้ามารวมอยู่กับโรงเรียนเตรียมอุดมศึกษา ณ กรุงเทพมหานคร

ภารกิจหลักของโรงเรียนเตรียมอุดมศึกษา คือ ให้การศึกษาในระดับชั้นมัธยมศึกษา โดยมุ่งให้นักเรียนมีวุฒิ และมีความสามารถที่จะเข้าศึกษาต่อในขั้นอุดมศึกษา หรืออาชีวศึกษาตอนปลายสายสามัญชั้นสูงต่อไป นอกจากนี้ ยังมุ่งปลูกฝังอุปนิสัย และสร้างเสริมให้นักเรียนมีบุคลิกภาพที่เหมาะสม มีพลานามัยสมบูรณ์แข็งแรง เพื่อให้สมดังเอกลักษณ์ของโรงเรียน

นอกจากภารกิจที่สำคัญดังกล่าวแล้ว โรงเรียนเตรียมอุดมศึกษา ยังได้รับมอบหมายจากกรมเจ้าสังกัด ให้ปฏิบัติภารกิจอื่นๆ ที่สำคัญและควรกล่าวถึงเช่น ในปี พ.ศ.๒๔๙๙ ได้รับมอบหมายให้ความช่วยเหลือ ในด้านแนะแนวการศึกษาแก่โรงเรียนรัฐบาล และโรงเรียนราษฎร์ที่มีชั้นมัธยมศึกษาตอนปลายสายสามัญ ทั้งในส่วนกลางและส่วนภูมิภาค ซึ่งทางโรงเรียนได้จัดให้หัวหน้าหมวดวิชาต่างๆ ไปให้คำแนะนำแก่โรงเรียน ตามที่ได้รับมอบหมาย จนบรรลุความสำเร็จตามเป้าประสงค์ของกรม ทั้งยังได้ส่งครู-อาจารย์ ไปช่วยสอนเพิ่มเติมในวันหยุดราชการ ให้แก่นักเรียนตามโรงเรียนที่ได้ขอร้องมาเป็นพิเศษอีกด้วย

ในปี พ.ศ.๒๕๐๓ ได้มีการเปลี่ยนแปลงหลักสูตร ระดับมัธยมศึกษาตอนปลายสายสามัญ กระทรวงศึกษาธิการจึงได้มีคำสั่ง มอบหมายให้โรงเรียนเตรียมอุดมศึกษา ช่วยเหลือทางด้านวิชาการแก่ภาคการศึกษาทั้ง ๑๒ ภาค โรงเรียนจึงได้จัดส่งหัวหน้าหมวดวิชา และผู้ช่วยไปแนะนำการสอนแก่ครู อาจารย์ ตามศูนย์พัฒนาการศึกษาทุกภาค ทั่วประเทศ ทั้งนี้เพื่อให้การเรียนการสอนของเรียนต่างๆ อยู่ในระดับเดียวกับโรงเรียนเตรียมอุดมศึกษา และยังได้รับหน้าที่อบรมครูของกรมสามัญศึกษา ที่จะไปทำการสอนในโรงเรียนส่วนภูมิภาค โดยจัดให้เข้ามารับการอบรมอยู่ที่โรงเรียนเตรียมอุดมศึกษา จนมีประสบการณ์พอที่จะไปทำการสอน ตามแบบของโรงเรียนเตรียมอุดมศึกษาแล้ว จึงจะส่งไปดำเนินการสอนในโรงเรียนส่วนภูมิภาคนั้น

นอกจากนี้ ทางโรงเรียนยังได้รับโครงการให้ความช่วยเหลือทางวิชาการ แก่พยาบาล ของกองพยาบาลกระทรวงสาธารณสุข โดยกระทรวงสาธารณสุข ขอให้ทางโรงเรียนช่วยสอนพยาบาลที่จบชั้น ม.ศ.๓ หรือ ม.๖ เดิม ซึ่งอาจดำรงตำแหน่งหัวหน้าพยาบาล หรือเป็นพยาบาลที่รับราชการมานาน ในโรงพยาบาลของรัฐบาลและเอกชน ในส่วนกลางและส่วนภูมิภาค ซึ่งทางกองพยาบาล กระทรวงสาธารณสุขได้คัดเลือกส่งมาเรียน เพื่อสมัครสอบเทียบชั้น ม.ศ.๕ (มัธยมศึกษาตอนปลาย สายสามัญ) ทางโรงเรียนก็ได้จัดหลักสูตรระยะสั้นแบบเร่งรัด เรียนภาคกลางวันเต็มวัน ประมาณ ๔ เดือน ตั้งแต่เดือนพฤษภาคมถึงเดือนสิงหาคม เพื่อสมัครสอบเทียบชั้นมัธยมศึกษาตอนปลายในเดือนสิ่งหาคม เป็นการช่วยเหลือให้พยาบาลที่สามารถได้ชั้น ม.ศ.๕ แล้วได้เลื่อนวิทยฐานะ ปรับวุฒิ หรือเรียนปริญญาต่อด้านสาธารณสุขศาสตร์ ฯลฯ เพื่อเป็นครูพยาบาลต่อไปได้

ปัจจุบัน โรงเรียนเตรียมอุดมศึกษาจัดการสอนนักเรียนระดับชั้นมัธยมศึกษาตอนปลาย ทั้ง ๓ ระดับชั้น (ชั้น ม.๔, ม.๕ และ ม.๖) ตามหลักสูตรของกระทรวงศึกษาธิการที่ปรับปรุงใหม่ พุทธศักราช ๒๕๓๓

โรงเรียนเตรียมอุดมศึกษา นอกจากจะให้ความช่วยเหลือทางด้านวิชาการแก่โรงเรียนต่างๆ ทั้งโรงเรียนรัฐบาลและโรงเรียนราษฎร์ ส่วนกลางและส่วนภูมิภาคดังกล่าวแล้ว โรงเรียนเตรียมอุดมศึกษายังได้ดำเนินการช่วยเหลือในการก่อตั้งโรงเรียนมัธยม ศึกษาสายสามัญ ๕ โรงเรียน คือ

1. โรงเรียนบดินทรเดชา(สิงห์ สิงหเสนี)
   ตั้งอยู่ในท้องที่ตำบล วังทองหลาง ถนนลาดพร้าว เขตบางกะปิ กรุงเทพมหานคร กระทรวงศึกษาธิการได้ประกาศตั้งโรงเรียนเมื่อ วันที่ ๓๐ เมษายน พ.ศ.๒๕๑๔
2. โรงเรียนเตรียมอุดมศึกษาพัฒนาการ
   ตั้งอยู่ถนนพัฒนาการ เขตพระโขนง กรุงเทพมหานคร กระทรวงศึกษาธิการประกาศตั้งโรงเรียน เมื่อวันที่ ๒๑ กุมภาพันธ์ พ.ศ.๒๕๒๑
3. โรงเรียนบรมราชินีนาถราชวิทยาลัย (เตรียมอุดมศึกษา)
   ตั้งอยู่ที่อำเภอปากท่อ จังหวัดราชบุรี กระทรวงศึกษาธิการประกาศจัดตั้งโรงเรียน เมื่อวันที่ ๔ มิถุนายน พ.ศ.๒๕๓๕
4. โรงเรียนเตรียมอุดมศึกษา ปทุมธานี
   ตั้งอยู่ที่อำเภอลำลูกกา จังหวัดปทุมธานี กระทรวงศึกษาธิการประกาศจัดตั้งโรงเรียน เมื่อวันที่ ๑๕ กรกฎาคม พ.ศ.๒๕๓๗
5. โรงเรียนเตรียมอุดมศึกษา สุวินทวงศ์
   ตั้งอยู่ที่เขตหนองจอก กรุงเทพมหานคร กระทรวงศึกษาธิการประกาศจัดตั้งโรงเรียน เมื่อวันที่ ๑๕ กรกฎาคม พ.ศ.๒๕๓๗