本校始創於日治時代，時為民國13年春，名為「臺灣公立關西農業補習學校」，招收小學畢業生修習兩年，校址在今之關西國民小學。民國21年春改為「台灣公立關西農林專修學校」，仍為二年制。迄民國34年春，升格為三年制，更校名為「新竹州立關西實踐農林學校」。台灣光復後，於民國35年春改為「新竹區立關西中級農業學校」，翌年復改名為「新竹縣立關西初級農業職業學校」，以培植茶葉改良技術人才為宗旨，並派何阿財先生為首任校長。

民國43年，政府為提高農業技術，令本校試辦高級部，翌年秋正式成立，改名為「新竹縣立關西農業職業學校」，成為完全中等農業職業學校。民國46年曾以成績優異，奉命辦理示範農校，並接受美援擴充各項設備。民國48年為配合新竹縣試辦免試升學，停辦初級部，又改名為「新竹縣立關西高級農業職業學校」。51年2月奉令遷校至現址，校地校舍亦重新規劃建設。民國57年秋，全國實施九年國民教育，本校奉令改制為「臺灣省立關西高級農業職業學校」。

    民國72年8月1日何阿財校長退休，省府派林瓊瑤先生為繼任校長。73年8月起增設農村家事科，加上原有農場經營科、食品加工科、畜牧獸醫科等，共有四科。74年8月1日起又增設補習學校畜牧獸醫科，正式成立夜補校，並奉准75年8月起增設補校茶葉科，然因學生來源不足，夜補校延教班於79年停辦。

民國81年8月1日林瓊瑤校長退休，由姜禮讓先生接掌校務，校務蒸蒸日上，學生素質日漸提升，並於84年3月，獲准試辦綜綜合高中。84年8月，姜校長調任新竹高商，校務由許益雄先生接掌，到任之後，積極爭取擴充規模，於三年內增加綜合高中部六班、特教班三班，經營擘畫，建樹良多。學校校舍因年代久遠，老舊而漸失空間競爭力，在姜、許兩位校長努力爭取上級補助，校舍翻新巍然矗立，成為地區優美校園之最。88年許校長調任泰山高中，新制校長遴選制度實施，教育部遴選卓秀冬女士為校長，致力於學程、學科之調整，以適應學生及社會之需求，復辦理社區大學，滿足社區人士再進修的學習動機，89年本校改隸為國立。

92年8月，本校更名為「國立關西高級中學」。93年2月，卓校長退休，教育部遴選徐國樹校長接掌校務，於94年5月校長率領師生30人前往韓國首爾教育旅行，後陸續前往日本教育旅行，首開學校國際教育風氣之先。本校運動場原為紅土，不符合體育前瞻發展所需，經徐校長爭取資源，體育組姜振倫老師協助戮力規劃，終於在96年7月運動場整建竣工，讓學校擁有200米PU跑道。

97年8月徐國樹校長調職桃園農工，教育部遴選凃仲箎先生接掌校務。

政府為實施十二年國教，先期目標「校校均優質」的輔助計畫「高中優質化」、「均質化競爭型計劃」補助，本校分別於96年、98年獲選通過，其中均質化計畫在98年至102年擔任新竹縣總召學校，在涂校長及全體師生努力下，發揮計畫效益，使學校聲望日隆，吸引優秀學子入學，而畢業生升國立大學的比例亦不斷增長。民國102年8月13日優質化輔助方案經教育部國民及學前教育署考核評定為【績優】，獲頒獎牌一面，執行二期程6年共獲二千四百萬元補助，充實學校軟硬體設施成效卓著。涂校長任內學校擔任竹苗區100年國中基測主辦學校，為本校加入竹苗就學區入學考試後首次擔任主辦學校，對提升學校社區地位意義不凡。

民國101年8月1日凃仲箎校長調職竹北高中，教育部遴選原國立馬祖高中校長蔡國強先生接掌校務。期間學校繼續執行十二年國教政策計畫，並獲優質高中認證，及獲優質精進計畫補助。

民國102年8月1日蔡國強校長退休，教育部遴選原國立新竹女中學務主任吳原榮先生接掌校務，吳校長特注重學校人文友善環境塑造，建置「數位校史館」、「鄉土教育館」。另與國中小進行社區合作，推動優先免試，大步落實十二年國教「社區優秀學子入學」的核心目標。民國103年5月獲優質化第三期程特色領航計畫補助，展開特色課程新紀元。又接任104學年度竹苗區免試入學主辦學校，105年全國高級中等學校農業類學生技藝競賽主辦學校，邁向地區國教精質領航地位。

民國108年6月30日吳原榮校長退休(由沈永昆祕書代理校長自108年6月30日起至新任校長到職前1日止)，108.08.01教育部遴選原國立竹北高級中學校長凃仲箎先生接掌校務。回任的凃校長除接續校內尚未完成的實驗大樓工程外，對於學校排水工程戮力爭取經費改善，另接辦完成109學年度竹苗區高級中等學校免試入學工作。

民國111年2月1日凃仲箎校長退休，由沈永昆祕書代理校長自111年2月01日起至新任校長到職前1日止，同年8月1日教育部遴選原國立苗栗高級農工職業學校邱宇捷先生接掌校務。