本校前身是1923年(大正12年)设立的东京府立第六高等女子学校，六枚花瓣校章代表的“典型日本女子”是从第六女子高中是时代发展而来的。建校后的第二年迁址到现在的新校舍,现在校园中还保留着当时建造的假山。学校开设的第二年,开始统一穿制服,第一次开始修学旅行。另外,1926年(大正15年)建设了滑雪学校，1931年(昭和6年)中设置了室内游泳馆。另外,学校大力发展体育教育，在开设初期开始在芝公园举行运动会(现体育祭)，1929年(昭和4年)开始,体育祭改为在明治神宫竞技场举行。开设1936年(昭和11年)东京府立第六女子高中夜校、1941年(昭和16年)改为东京府立洗心女子学校。
学校在旧学区时代是学区内著名的女子高中，学校群制度开始后，与日比谷高中、九段高中成为同一群学校。在学校群制度废止后，被东京教育委员会指定为升学指导重点推进学校，采用恢复周六上课，开设假期补习班等方法，努力提高学生的升学率。
学校历史：
1923年 - 東京府立第六高等女学校として開校。
1924年 - 第一回修学旅行実施、校舎落成し府立第三高女より移転。
1931年 - 屋内プール完成[1]。
1943年 - 都制施行により東京都立第六高等女学校と改称。
1948年 - 学制改革により東京都立第六女子新制高等学校と改称。
1950年 - 東京都立三田高等学校と改称、男女共学開始。
1952年 - 学区合同選抜制度導入。
1959年 - AFS留学試験に参加し、以降例年留学生を出すようになる。
1967年 - 学校群制度導入、日比谷高校?九段高校と11群を組む。
1977年 - 現在の校舎が完成、海外帰国生学級を設置。
1982年 - グループ合同選抜制度導入、九段?一橋?日比谷?赤坂?城南の各校と11グループに編成される。
1994年 - 現在の単独選抜制度導入。
1999年3月12日 - 都立広尾高校の教諭が校内に侵入し、校長室に爆弾を仕掛ける。建造物侵入と暴行の現行犯で逮捕される。
2008年 - 定時制を閉課。
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