2001年，温州市政府同意建设第二外国语学校，并列入“百项千亿” 重点工程项目。

2010年，学校开始招收初中学生，委托温州实验中学办学。该校初中部将面向全市招收10个班级400名学生，其中有招收小学六年级毕业生的三年学制班级，又有招收小学六年级毕业生和五年级学生的“五四”学制班级（初中四年学制），每个班级40人。

2011年，经温州市教育局中招办批准，该校开始招收初中艺术类特长生。

2012年，新增温州第二外国语学校高中部。

2013年，学校高中部开办“博雅创新实验班”特色办学品牌。

2014年，初中部划分辖区，招收温州市第二十一中学和温州市南浦实验中学辖区分配条件的小学应届毕业生，以及瓯海区梧田街道和南白象街道户籍，符合条件的应届毕业生。

2017年，被浙江省人民政府教育督导委员会授予浙江省二级普通高中特色示范学校称号。