1955年秋，為執行政府防空疏散計劃，創設分部於臺中縣太平鄉。
1968年，貫徹「省辦高中、縣辦國中」政策，接收「臺中市立第二中學」（今雙十國中）高中部男學生。結束太平分部。
1969年8月，更名為「臺灣省立臺中第二高級中學」。
1982年11月，籌設音樂實驗班。
1983年，重新招收女生，再度成為男女兼收之高級中學。
1995年8月，成立特教資源班。
2000年2月1日，配合精省政策，改制為「國立臺中第二高級中學」。
2003年3月，籌設數理資優班及語文資優班，自同年9月開始招生。
2012年12月，臺中二中九十周年。
2014年12月，新建體育館落成啟用。
2017年元月，改隸臺中市政府教育局，為「臺中市立臺中第二高級中等學校」
2017年12月11日，與締結姊妹校，此為臺中二中第一所姊妹校。
省二中時期校門
2022年，新增雙語實驗班。
宋鴻域：民國48年（1959年）8月至民國52年（1963年）7月
史麟生：民國52年（1963年）8月至民國54年（1965年）2月
湯孝彬：民國54年（1965年）3月至民國59年（1970年）7月
孫鴻章：民國59年（1970年）8月至民國74年（1985年）1月
陳義明：民國74年（1985年）2月至民國81年（1992年）8月
蔡錦忠：民國81年（1992年）8月至民國88年（1999年）1月
洪秋森：民國88年（1999年）2月至民國93年（2004年）1月（1999年改為國立）
薛光豐：民國93年（2004年）2月至民國101年（2012年）7月
何富財：民國101年（2012年）8月至民國107年（2018年）7月（2017年改為市立）
許耀文：民國107年（2018年）8月起至今
