โรงเรียนหอวัง ก่อตั้งขึ้นเมื่อวันที่ 9 มกราคม พ.ศ. 2509 เป็นโรงเรียนสหศึกษา เปิดสอนระดับมัธยมศึกษา (ม.1-ม.6) สังกัดสำนักงานเขตพื้นที่การศึกษากรุงเทพมหานคร เขต 2 สำนักงานคณะกรรมการการศึกษาขั้นพื้นฐาน กระทรวงศึกษาธิการ มีประวัติการก่อกำเนิดโรงเรียนเกี่ยวเนื่องกับ "โรงเรียนมัธยมหอวังแห่งจุฬาลงกรณมหาวิทยาลัย"
หลังจากที่พระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวได้ทรงยกเลิกตำแหน่งวังหน้าและตั้งมกุฎราชกุมารขึ้นมาแทน และทรงตั้งสมเด็จพระบรมโอรสาธิราช เจ้าฟ้ามหาวชิรุณหิศ สยามมกุฎราชกุมาร ขึ้นมา ทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้สร้างพระตำหนักขึ้นมาแห่งหนึ่ง ณ ทุ่งปทุมวัน ชื่อว่า "วังวินด์เซอร์" หรือเรียกกันโดยสามัญว่า "พระตำหนักหอวัง" เนื่องจากเป็นตึกมีหอสูง
หลังจากสมเด็จพระบรมโอรสาธิราช เจ้าฟ้ามหาวชิรุณหิศ สยามมกุฎราชกุมาร ประชวรจนเสด็จสวรรคต ก็มิได้ใช้พระตำหนักหอวัง?ในการประทับ หากแต่ใช้เป็นโรงเรียนข้าราชการพลเรือนของพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว ต่อมา ในสมัยพระบาทสมเด็จพระมงกุฎเกล้าเจ้าอยู่หัว ได้ประดิษฐานโรงเรียนข้าราชการพลเรือนฯ ขึ้นเป็นจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย เมื่อวันที่ 26 มีนาคม พ.ศ. 2459
โรงเรียนมัธยมหอวังแห่งจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ก่อตั้งขึ้นเมื่อวันที่ 17 พฤษภาคม พ.ศ. 2472 ภายหลังการก่อตั้ง แผนกฝึกหัดครูของจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย (ปัจจุบัน คือ คณะครุศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย) ขึ้นเมื่อ พ.ศ. 2472 เพื่อให้นิสิตแผนกฝึกหัดครู ใช้ฝึกความชำนาญในการสอน และได้ใช้อาคารวังวินด์เซอร์ เป็นอาคารเรียน เรียกว่า ตึกหอวัง
เมื่อ พ.ศ. 2478 กรมพลศึกษาได้ทำสัญญาเช่าที่ดินตำบลวังใหม่จากมหาวิทยาลัย และรื้อตึกหอวัง เพื่อสร้างสนามกีฬาแห่งชาติ โรงเรียนมัธยมหอวังแห่งจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย จึงย้ายไปอยู่ที่อาคารเรียนสร้างใหม่ ริมถนนพญาไท จนถึง พ.ศ. 2481 จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ได้ยุบโรงเรียนมัธยมหอวังฯ ลง และจัดตั้ง โรงเรียนเตรียมอุดมศึกษา เพื่อให้สอดคล้องกับแผนการศึกษาของชาติในระยะนั้น
เมื่อ พ.ศ. 2509 ศิษย์เก่าจากโรงเรียนมัธยมหอวังแห่งจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ได้รวมตัวกันก่อตั้ง สมาคมนักเรียนเก่ามัธยมหอวังแห่งจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ขึ้น และมติในที่ประชุมคณะกรรมการบริหารสมาคมว่า ควรฟื้นฟูโรงเรียนขึ้นมาอีก ให้เป็นที่ชุมนุมของนักเรียนเก่า และได้พิจารณาสถานที่ตั้งของ โรงเรียนบางเขนวิทยา ซึ่งกระทรวงศึกษาธิการได้ก่อตั้งขึ้นเมื่อวันที่ 9 มกราคม พ.ศ. 2509
กระทรวงศึกษาธิการ ได้มีประกาศเรื่อง เปลี่ยนชื่อ "โรงเรียนบางเขนวิทยา" เป็น "โรงเรียนหอวัง" ประกาศ ณ วันที่ 31 มกราคม พ.ศ. 2511 ให้มีผลตั้งแต่วันที่ 27 พฤศจิกายน พ.ศ. 2510 โรงเรียนหอวังผ่านการประเมินรอบที่ 3 จากสำนักงานรับรองมาตรฐานและประเมินคุณภาพการศึกษาให้เป็น 1 ใน 8 โรงเรียนคุณภาพระดับพิเศษของกรุงเทพมหานครและ 1 ใน 16 โรงเรียนคุณภาพพิเศษของประเทศไทย ในปี พ.ศ. 2554
