1905年（光绪三十一年），东路中学堂（通州）、南路中学堂（大兴黄村）、西路中学堂（卢沟桥）和北路初级师范学堂（昌平沙河）相继创办。
后顺天府凌府尹福彭决定于京师另立一所中学，分选各属合格学生入堂肄业，并决定以位于西什库的宛平高等小学堂校舍开办顺属中学堂。
学部议复御史张世培奏请顺天府正式开设顺天中学堂。
1906年（光绪三十二年）六月，顺天府在今西什库天财库旧址（今称后库）筹设顺天中学堂。
1907年（光绪三十三年），顺天中学堂正式创校，顺天四路学堂42名学生入学肄业，称为甲班。
1908年（宣统元年）正月，学堂添招乙班（英文班）。
1909年（宣统二年）正月，添招丙班（英文班）。
1912年（中华民国元年），顺天中学堂由京师学务局管辖，下设教务学监和斋务学监。
1912年9月29日，更改校名为京师公立第四中学校，并定该日为校庆日，并一直延续下来。
1913年（中华民国二年），学校在原有英文班的基础上，开设德文班。
1926年，高中设德文班、法文班，并分文科、理科。
1928年12月，改校名为北平市市立第四中学校。
1937年，北平沦陷，在日军统治下，学校实行奴化教育，日本教官进驻学校，同时增设日语课程。
1945年，日本投降后，国民党政府接管四中。
1948年底至1949年初，国民党军队占领校园，学校被迫停课，校舍成为为兵营，操场成为炮兵阵地。
1949年3月15日，北京市军管会委派李复生来校接管北平市市立第四中学校。同年校名亦被改为北京市第四中学。
1978年，北京市第四中学被确定为北京市重点中学。
2001年4月28日，北京四中网校成立。
2002年，北京市第四中学国际部设立，开始招收来自日本、韩国、新西兰等国家的留学生。
2004年，北京市第四中学恢复初中招生。
2005年，北京市第四中学初中部与北海中学合并，在原北海中学校址设立了北京四中“东校区”。
2010年，北京市第四中学在高中部开设出国留学班。
2011年，北京市第四中学高中部设立道元班。
