Pertevniyal Lisesi, 6 Nisan 1872 tarihinde Aksaray’da Valide Cami yanında Mahmudiye Rüştiyesi adıyla inşa edilmiştir. Sultan Abdülaziz’in annesi Pertevniyal Sultan kendisi için bir cami ve kocası İkinci Sultan Mahmut namına da bir mektep yaptırmak istemesi üzerine 6 Nisan 1872’de bugünkü binaların yerinde bulunan bazı dükkânlar istimlâk edilerek Mahmudiye Mektebi namı ile okul binası inşaatını başlatmıştır. Bugünkü lise binaları ilk inşa edilen binalardan değildir. 3530 altın sarf edilerek yapılan eski bina 2 yılda tamamlanmıştır. Bu bina iki katlı olup 8 odadan ibarettir. O zamanın Maarif teşkilâtına göre dört oda olan alt katta Sübyân Mektebi ve üst katta da Rüştiye Mektebi öğretim yapmakta idi.
6 Nisan 1872 tarihinde tedrisata başlayan Mahmudiye Rüştiyesi, Aksaray Yangını’na kadar 39 yıl, Maarif Teşkilâtı çerçevesi içinde tedrisata devam etmiştir. Yangından sonra okul Sinekli Bakkal civarında bir konakta öğretime yine Mahmudiye Rüştiyesi namı altında devam etmiştir. 1930 yılında Osman Bey adında bir zat, okulun Evkaf’ta birikmiş paraları ile şimdiki binanın güney bölümünde, 17 odadan oluşan beton bir bina inşa ettirmiştir. Bu kısmın Forfor Mustafa Paşa Konağı’nın arsası üzerinde yapıldığı anlaşılmaktadır. Binanın giriş kapısının üstünde “Valde Mektebi” yazılmıştır. Fakat okulun adı Bakanlar Kurulu kararıyla “Pertevniyal Lisesi” olarak ilan edilmiştir. Pertevniyal Lisesi ortaokul ve lise bir arada eğitim görmek üzere 30 Ekim 1930 tarihinde bugün A Blok diye adlandırılan binada, resmi olarak eğitime başlamıştır.
1930’da yapılan bina ilkokul olarak inşa edilmişse de çevre halkının arzusu üzerine, Millî Eğitim Bakanlığı binayı liseye dönüştürmüştür. 15 Ekim 1930’da tam devreli lise (Lise, ortaokul bir arada) öğretime başlamıştır. Vekiller Heyeti kararı ile okulun adı Pertevniyal Lisesi olarak kabul edilmiş ve Millî Eğitim Bakanlığındaki siciline bu adla kaydedilmiştir.
1937’ye kadar okulun çevrenin lise ihtiyacına cevap verdiği kayıtlardan anlaşılmaktadır. 1937 yılından sonra öğrenci sayısının artması sonucu bina ihtiyaca cevap veremez olmuştur. Okul idarecileri Millî Eğitim Bakanlığından temin ettikleri on bir bin lira ile okulun arka bahçesine dört dershane, bir kapalı dinlenme yeri ve bir müdür yardımcısı odası inşa ettirmişlerdir. Önü açık olan bu dinlenme yeri 1951 yılında beden eğitimi salonu haline getirilmiştir. Bu ek bina 1938 -1939 yılında eğitim ve öğretime açılmıştır. Aksaray Postanesinin yıktırılması üzerine 1954’de postaneye verilen bina, Bakanlık emri ile Eylül 1964 yılında liseye iade edilmiştir.
1949 yılı Eylülüne kadar 19 yıl lise olarak devam eden okulun, Millî Eğitim Bakanlığının emri ile 1949-1950 eğitim ve öğretim yılında lise sınıfları, Çapa’daki öğretmen okulu binasına nakledilmiştir. Bu sürede adı geçen okul, ortaokul olarak eğitim ve öğretime devam etmiştir. 1950-1951 öğretim yılında Çapa Lisesi kapatılarak yerine Çapa Eğitim Enstitüsü ve Yüksek Öğretmen Okulunun açılması üzerine Pertevniyal’in lise bölümü kendi okuluna nakledilmiştir. 19 Eylül 1952 senesinde ortaokul kısmı okulun bünyesi dışına çıkarılmış ve bina yalnız lise sınıflarına tahsis edilmiştir. Öğrenci artışı, binaları yetersiz hale getirmiş ve Atatürk Bulvarı üzerinde okulun kuzey cephesinde 1033 metrekarelik bir arsa Belediye Meclisi tarafından Millî Eğitim Bakanlığına devredilmiş, Bakanlık tarafından verilen yarım milyon lira ödenekle 15 odalı ek inşaat yaptırılmış, 1962-1963 eğitim ve öğretim yılından itibaren de okulda ikili öğretime geçilmiştir.
Orta ve lise kısmı bir arada bulunan fakat mevcut binalara yerleştirilme imkânı olmayan öğrenci artışı karşısında 1963- 1964 öğretim yılında 52 sınıf halinde çalışan Pertevniyal Lisesinin 8 sınıfı Oruçgazi İlkokuluna gönderilmiştir.
1964-1965 öğretim yılı ve onu takip eden 3 yıl boyunca sınıf mevcutları bir hayli artmış, bundan dolayı koridorlar, bodrumlar, laboratuvarlar ve depolar sınıf haline getirilmiştir.
1968 yılında 17 derslikli ek binanın inşaatı tamamlanarak eğitim ve öğretime açılmıştır. 19.11.1986 tarihinde ise Pertevniyal Lisesindeki onarım sebebiyle okul, Çapa’daki Yüksek Öğretmen Okuluna taşınmıştır.
Pertevniyal Lisesinin Aksaray’daki binasına Osmanlı Arşivinin yerleştirilmesi üzerine Pertevniyalliler tekrar Aksaray’a dönmek için büyük gayret göstermişler okul yönetimi, eğitim vakfı, spor kulübü, okul aile birliği, öğretmen, öğrenci ve mezunlarının gayreti sonucu Aksaray’daki Pertevniyal binasına dönülmüştür. Okul 1992’de Yabancı Dil Ağırlıklı Lise, 1998’de Anadolu Lisesi, 2015 yılında da Proje Lisesi olmuştur.150 öğrenci ile eğitime başlayan asırlık Pertevniyal Lisesi günümüze kadar yüz binlerce mezun vererek ülkeye değerler yetiştirmeye devam etmektedir.