学校前身为中西女子中学和圣玛利亚女子中学。1952年7月人民政府接管中西女中和圣玛利亚女中，将两校合并，并在原中西女中校址上成立上海市第三女子中学。1968年改名上海市第三中学，兼收男生。1977年东海中学并入。1981年恢复女中建制，称现名，是一所部分寄宿制市重点女子中学。学校占地43298平方米，建筑面积，35658平方米。班级21个，学生630人，教职工108人。解放后历任校长有覃英、林静、陈炳福、张正之、何亚男、徐永初、潘敬芳。解放前学校注重英语教学，除语文外均采用英语原版教材。重视艺术教育和课外活动，开设音乐、表情法和舞蹈三门选修科。恢复女子中学建制后，学校以探索女子教育规律，提供适合女子的成才环境和培养优秀女子人才为办学宗旨，启迪女子成才意识，挖掘女子内在潜力，发挥女子个性特长，注重素质、修养方面的培养和熏陶，坚持理论与实践结合，把中华民族的传统美德和社会主义时代精神相融合，使学生成为德才兼备、娴静高雅、秀外慧中、锐意进取、不让须眉的自尊、自信、自强的女子英才。学校教风 “严、实、活”；学风“勤奋学习、一丝不苟、勇于探索、锐意进取” ；校风“求真、勤思、惜时、健美”。学校提出了“国内一流，国际知名，特色鲜明的女子高中”的办学目标、以“独立、能干、关爱、优雅”为特征的学生培养目标以及“雅文化”的概念，并将其内涵融入到校园文化建设的方方面面，为造就德才兼备、秀外慧中的现代化开放型杰出女子人才奠定基础。目前学校形成了鲜明的办学特色，与12个国家和地区的22所学校建立了合作关系，形成广泛的国际交流; 以英语教学模式的不断探索，引领各学科变革发展；以学校管乐队、民乐队为龙头，引领出色的艺术教育；以女子垒球队、健美操队、排球队为龙头，引领学校特色体育。确立了以“女生教育”为主题的综合课程体系。开发出教育剧场、女性人才特质研究、双语环保、行进打击乐等系列特色课程。把学生培养成为人格独立、品德高尚，关爱自我、关注社会，气质优雅、内涵丰厚，宽容明理、知性进取，具有国际视野和多元文化理解力，科学精神和生活情趣兼备的现代知识女性。学校是上海首批实验性示范性高中，是上海市文明单位、上海市花园单位、上海市艺术教育特色学校、中国教育学会外语教学专业委员会外国语实验学校、全国绿色学校、上海市中小学行为规范示范学校、长三角教育人才服务联盟未来教师实践基地、上海市科技教育特色学校、市级优秀教师专业发展学校、上海市校办二线垒球运动队、全国三八红旗集体。市三女中积极倡导教师研究女生教育，许多学科教师多次在全国和全市各类教学竞赛中获得大奖。学校培养了一大批杰出的女性。前中国科学技术部部长朱丽兰、中国科学院院士黄量、中国工程院院士陈亚珠、闻玉梅、艺术家顾圣婴、黄蜀芹、青年科学家庄晓莹、应佚伦等都毕业于此，宋氏三姐妹曾就读于此。学校在国内外享有盛誉，被誉为“女子人才的摇篮”。