โรงเรียนศรีอยุธยา ในพระอุปถัมภ์ฯ เป็นโรงเรียนรัฐบาล สังกัด สำนักงานคณะกรรมการการศึกษาขั้นพื้นฐาน เขตพื้นที่กรุงเทพมหานครเขต 1 มีชื่อย่อว่า ศ.อ. ก่อตั้งเมื่อ ปี พ.ศ. 2494 เดิมทีชื่อ โรงเรียนรางน้ำ ต่อมาในปีเดียวกัน หม่อมหลวงปิ่น มาลากุล ซึ่งเป็น รัฐมนตรีกระทรวงศึกษาธิการ ได้ตั้งชื่อโรงเรียนให้ใหม่ว่า โรงเรียนศรีอยุธยา มีผู้อำนวยการชื่อ นายพงษ์ แสงทอง เป็นผู้อำนวยการคนแรก ไม่นานก็ได้เปลี่ยนเป็นโรงเรียนสตรีเมื่อ 15 เมษายน พ.ศ. 2498 เป็นต้นมา แต่แล้วเมื่อ ปี พ.ศ. 2539 ได้รับนโยบายจากกระทรวงศึกษาธิการ เปลี่ยนเป็นโรงเรียน สหศึกษา ในสมัย ผู้อำนวยการ เพ็ญศรี ไพรินทร์ ก่อนที่ สมเด็จพระเจ้าภคินีเธอ เจ้าฟ้าเพชรรัตนราชสุดา สิริโสภาพัณณวดี ทรงพระกรุณา รับไว้ในพระอุปถัมภ์ฯ เมื่อปี วันที่ 3 กันยายน พ.ศ. 2542
เมื่อปี พ.ศ. 2494 กระทรวงศึกษาธิการมีโครงการสร้างโรงเรียนฝึกหัดครูอีกแห่งหนึ่ง ซึ่งใน ขณะนั้นบริเวณนี้เป็นตำบล พญาไท อำเภอดุสิต จังหวัดพระนคร ต่อมาเกิดปัญหาเนื่องจากสภาพความจำเป็นเกี่ยวกับสถานที่เรียนของนักเรียนชั้นมัธยมไม่พอเพียง ประกอบกับ โครงการก่อสร้างโรงเรียนฝึกหัดครูนั้นได้ ที่ธรณีสงฆ์ วัดพระศรีมหาธาตุ อำเภอบางเขน แทน (ปัจจุบันคือ มหาวิทยาลัยราชภัฏพระนคร) กระทรวงศึกษาธิการจึงได้โอน อาคารที่กำลังก่อสร้างให้อยู่ในสังกัดกรมวิสามัญศึกษา เปิดรับนักเรียนชายที่ไม่มีที่เรียน โดยเรียกชื่ออย่างไม่เป็น ทางการว่า โรงเรียนรางน้ำ และย้ายนักเรียนจำนวน 57 คนที่คุรุสภาส่งไปฝากเรียนที่โรงเรียนวัดราชาธิวาสเข้ามาเรียนที่โรงเรียนรางน้ำเมื่อวันที่ 20 ธันวาคม พ.ศ. 2494สภาพอาคารเรียนสมัยนั้นบางส่วนเป็นอาคารชั่วคราว หลังคามุงจาก ฝาเสื่อรำแพน พื้นดินเป็นห้องเรียน และกระทรวงศึกษาธิการ แต่งตั้งให้ นายพงษ์ แสงทอง เป็นครูใหญ่คนแรก
ต่อมาเมื่อปี พ.ศ. 2495 หม่อมหลวงปิ่น มาลากุล รัฐมนตรีว่าการกระทรวงศึกษาธิการในขณะนั้น ได้ตั้งชื่อโรงเรียนอย่างเป็นทางการว่า โรงเรียนศรีอยุธยา และในปีเดียวกันนั้นเอง กระทรวงศึกษาธิการมีความ จำเป็นต้องเปิดโรงเรียนสตรีขึ้นอีกแห่งหนึ่ง เพื่อช่วยเหลือนักเรียนหญิงที่ไม่มีที่เรียน จึงแต่งตั้งให้ นางสาวเศวต จึงเจริญ เป็นครูใหญ่ในโรงเรียนศรีอยุธยาฝั่งหญิงคนแรก และให้ใช้สถานศึกษา ที่โรงเรียนศรีอยุธยาไป พลางก่อน โดยให้สร้างห้องเรียนขนาด 5 ห้องเรียนเพิ่มขึ้นอีก 2 หลัง โรงเรียนศรีอยุธยาฝั่งหญิงแห่งนี้ได้เปิดทำการวันแรก เมื่อวันที่ 1 กรกฎาคม พ.ศ. 2495 มีนักเรียนตั้งแต่ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1-6 จำนวน 249 คน
ต่อมาเมื่อวันที่ 1 กรกฎาคม พ.ศ. 2496 กรมวิสามัญศึกษาได้ ส่งนักเรียนชายซึ่งไม่มีที่เรียนและคุรุสภารับไว้ ตั้งแต่ชั้น ม.1-ม.6 เข้าไปเรียนเพิ่มเติมจนสถานที่คับแคบ กระทรวงศึกษาธิการจึงได้จัดหาซื้อที่ดินของเอกชนมรดกของพระยาเพชรปรานี จำนวน 3 แปลง รวมเนื้อที่ 22 ไร่ 1 งาน 44 ตารางวา ตั้งอยู่ที่ ถนนระนอง 2 กับ ถนนระนอง 3 คือ ริม ถนนพระรามที่ 6 ตำบลสามเสนใน อำเภอดุสิต จังหวัดพระนคร เพื่อแยกโรงเรียนและเริ่มก่อสร้างเมื่อวันที่ 16 เมษายน พ.ศ. 2497 โดยจุดประสงค์ที่สร้างนั้นเพื่อจะได้แยกโรงเรียนสตรีออกไป แต่กระทรวงศึกษาธิการเห็นว่า พื้นที่แห่งนี้นั้นเหมาะสำหรับนักเรียนชายมากกว่า จึงได้ย้ายนักเรียนชายจากโรงเรียนศรีอยุธยามาเข้าเรียนเมื่อวันที่ 15 เมษายน พ.ศ. 2498 ให้ชื่อโรงเรียนอย่างเป็นทางการว่า โรงเรียนสามเสนวิทยาลัย ทำให้โรงเรียนศรีอยุธยา กลายเป็นโรงเรียนสตรีทั้งแต่บัดนั้นเป็นต้นมา
เมื่อปี พ.ศ. 2539 ผู้อำนวยการ เพ็ญศรี ไพรินทร์ (20 ตุลาคม พ.ศ. 2536 - 15 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2539) ได้รับนโยบาย ของกรมสามัญศึกษาใน การรับนักเรียนชายเข้าเรียน โรงเรียนศรีอยุธยา จึงเป็นโรงเรียนสหศึกษานับตั้งแต่บัดนั้นเป็นต้นมา ภายหลังจากที่โรงเรียนได้เปลี่ยนเป็นโรงเรียนสหศึกษาแล้วนั้น ผู้อำนวยการ ประวิทย์ พฤทธิกุล (19 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2539 - 25 ธันวาคม พ.ศ. 2541) ได้ริเริ่มดำเนินการจัดสร้าง พระบรมราชานุสาวรีย์ พระบาทสมเด็จพระมงกุฎเกล้าเจ้าอยู่หัว โดยกำหนดในวันที่ 1 กรกฎาคม พ.ศ. 2539 เป็นวันปฐมฤกษ์ ในการสมทบทุนจัดสร้างพระบรมราชานุสาวรีย์ดังกล่าว ทั้งนี้ได้รับพระกรุณาจากสมเด็จพระเจ้าภคินีเธอ เจ้าฟ้าเพชรรัตนราชสุดา สิริโสภาพัณณวดี เสด็จเป็นองค์ประธาน ในการบำเพ็ญพระกุศล ถวายพระบาทสมเด็จพระมงกุฏเกล้าเจ้าอยู่หัว และพระราชทานเข็มที่ระลึก อนึ่ง วันที่ 1 กรกฎาคม เป็นวันคล้ายวันสถาปนาโรงเรียนอีกด้วย
หลังจากนั้น พ.ศ. 2542 นายมานพ นพศิริกุล ผู้อำนวยการโรงเรียนในขณะนั้น ได้ดำเนินการจัดพิธี อัญเชิญพระบรมรูป พระบาทสมเด็จพระมงกุฎเกล้าเจ้าอยู่หัว จากสถาบันศิลปกรรม กรมศิลปากร จังหวัดนครปฐม มา ณ โรงเรียนศรีอยุธยา ซึ่งได้รับพระกรุณาจากสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดา สยามบรมราชกุมารี เสด็จเป็นองค์ประธานในการเปิดพระบรมราชานุสาวรีย์ สมเด็จพระมงกุฎเกล้าเจ้าอยู่หัว และเมื่อวันที่ 3 กันยายน พ.ศ. 2542 สมเด็จพระเจ้าภคินีเธอ เจ้าฟ้าเพชรรัตนราชสุดา สิริโสภาพัณณวดี ทรงพระกรุณา รับโรงเรียนศรีอยุธยา ไว้ในพระอุปถัมภ์ ทำให้โรงเรียนศรีอยุธยาได้ชื่อว่า โรงเรียนศรีอยุธยา ในพระอุปถัมภ์สมเด็จพระเจ้าภคินีเธอ เจ้าฟ้าเพชรรัตนราชสุดา สิริโสภาพัณณวดี
ในปี พ.ศ. 2549 โรงเรียนศรีอยุธยา ในพระอุปถัมภ์ฯ ได้รับเลือกเป็น ศูนย์พัฒนาศักยภาพภาษาญี่ปุ่น และเป็นสถานที่จัดแข่งขัน เพชรยอดมงกุฎภาษาญี่ปุ่น ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2549 เป็นต้นมา
ปัจจุบัน โรงเรียนศรีอยุธยา ในพระอุปถัมภ์ฯ เปิดสอนในระดับชั้นมัธยมศึกษาตอนต้น (ช่วงชั้นที่ 3) จำนวน 36 ห้องเรียน และ ระดับมัธยมศึกษาตอนปลาย (ช่วงชั้นที่ 4) จำนวน 30 ห้องเรียน มีอาคารปฏิบัติการสอนจำนวน 6 อาคารโรงอาหารและหอประชุม 1 หลัง และร้านสหกรณ์โรงเรียน มีบุคลากรทางการศึกษา จำนวน 129 คน เจ้าหน้าที่สายงานสนับสนุนการสอน 15 คน และนักการภารโรง จำนวน 10 คน
เพลงโรงเรียนในยุคแรก ได้ใช้เพลงประจำโรงเรียนที่มีชื่อเพลงว่า สตรีศรีอยุธยา ประพันธ์คำร้องโดย ธาตรี และประพันธ์ทำนองโดย เอื้อ สุนทรสนาน ในเวลาต่อมา ได้มีนโยบายให้นักเรียนนั้นแต่งเพลงมาร์ชประจำโรงเรียนเข้าประกวด โดยผู้ที่ชนะการประกวดเพลงมาร์ชในคราวนั้นคือ คุณศิริกุล เลือดนักรบ ซึ่งนับแต่บัดนั้น เพลงประจำโรงเรียนจึงได้เปลี่ยนมาใช้เพลง มาร์ชศรีอยุธยา โดยยกเลิกเพลงเก่าเพราะเนื่องจากเป็นเพลงที่มืเนื้อหาสำหรับโรงเรียนสตรีนั่นเอง
