โรงเรียนสุโขทัยวิทยาคม เริ่มก่อตั้ง พ.ศ. 2441 บริเวณเหนือวัดราชธานี รับนักเรียนสหศึกษา ตั้งแต่ชั้นประถมศึกษาปีที่ 1 ถึงชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 3 วันที่ 29 พฤษภาคม 2448 ย้ายไปเปิดใหม่บริเวณหลังตลาดธานี หรือบริเวณสนามเด็กเล่น เชิงสะพานพระร่วง วันที่ 26 สิงหาคม 2472 ย้ายไปเปิดใหม่บริเวณใต้วัดไทยชุมพล โดยย้ายเฉพาะนักเรียนชายไป ส่วนที่เดิมให้เป็นโรงเรียนสตรีประจำจังหวัดสุโขทัย คือ โรงเรียนอุดมดรุณีในปัจจุบัน ส่วนโรงเรียนสุโขทัยวิทยาคม เป็นโรงเรียนประจำจังหวัดชาย รับนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1 ถึงชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 พ.ศ. 2503 เปิดสอนชั้นเตรียมอุดมศึกษา แผนกวิทยาศาสตร์ และต่อมาได้ขยายเปิดสอนชั้นมัธยมศึกษาตอนปลาย แผนกศิลปศาสตร์ เมื่อ พ.ศ. 2506        

วันที่ 18 พฤษภาคม พ.ศ. 2507 ย้ายมาอยู่บริเวณสนามบินเก่า ตำบลบ้านกล้วย อำเภอเมือง จังหวัดสุโขทัย ส่วนบริเวณใต้วัดไทยชุมพลยกให้โรงเรียนอุดมดรุณี เมื่อโรงเรียนสุโขทัยวิทยาคมได้พัฒนาขึ้น สามารถช่วยเปิดสถาบันการศึกษาให้แก่จังหวัดสุโขทัย คือ

                1. พ.ศ. 2500 ก่อตั้งวิทยาลัยพลศึกษาจังหวัดสุโขทัย โดยโรงเรียนให้ใช้อาคารสถานที่จนกระทั่งวิทยาลัยพลศึกษาสร้างเสร็จ และย้ายออกจากโรงเรียนเมื่อ พ.ศ. 2523 
                2. พ.ศ. 2523 ให้วิทยาลัยนาฏศิลป์สุโขทัย ใช้อาคารสถานที่ จนวิทยาลัยนาฏศิลป์สุโขทัยสร้างเสร็จ จึงย้ายออกไปจากโรงเรียนเมื่อ พ.ศ. 2525 3. พ.ศ. 2525 เปิดโรงเรียนชั้นมัธยมศึกษา สังกัดกรมสามัญศึกษา ณ ตำบลยางซ้ายอำเภอเมืองสุโขทัย โดยเป็นสาขาของโรงเรียนสุโขทัยวิทยาคม ปัจจุบันคือโรงเรียนยางซ้ายวิทยาคม นอกจากนี้โรงเรียนยังบริการส่วนราชการตลอดจนชุมชน ที่สำคัญคือ

               1. พ.ศ. 2523 เป็นศูนย์บริการการศึกษา มหาวิทยาลัยสุโขทัยธรรมาธิราช เพื่อบริการจำหน่ายใบสมัคร การสอนเสริม การประชาสัมพันธ์ การสอบไล่ การสอบซ่อม 
               2. พ.ศ. 2523 เป็นศูนย์วัฒนธรรมจังหวัดสุโขทัย เพื่อส่งเสริม เผยแพร่ ฟื้นฟู และอนุรักษ์วัฒนธรรมประเพณี โดยปฏิบัติตามนโยบายสำนักงานคณะกรรมการวัฒนธรรมแห่งชาติ 
               3. โรงเรียนได้ให้บริการแก่ชุมชนและส่วนราชการต่างๆ ในเรื่องของอาคารสถานที่ เช่น การแข่งขันกีฬา ตลอดจนส่งบุคลากรของโรงเรียนเข้าช่วยเหลือในกิจกรรมต่างๆ ตามที่ชุมชนหรือส่วนราชการอื่นขอความอนุเคราะห์มา 
               เมื่อพ.ศ.2514โรงเรียนได้สร้างพระบรมรูปพ่อขุนรามคำแหงมหาราชไว้ที่ด้านหน้าของทางเข้าโรงเรียนซึ่งพระบรมรูปของพระองค์ได้เป็นที่เคารพสักการะของครูอาจารย์ นักเรียนและชาวจังหวัดสุโขทัยมาจนทุกวันนี้และทางโรงเรียนสุโขทัยวิทยาคมได้ประกอบพิธีบวงสรวงสังเวยดวงพระวิญญาณของพ่อขุนรามคำแหงมหาราชอย่างถูกต้องตามประเพณีเป็น ประจำทุกปี