Os gymnas blei grunnlagd i 1966. Dagens skulebygg sto ikkje ferdig før i 1969. I åra 1966-1969 var skulen lokalisert i den gamle barneskulen, den såkalla «kviteskulen», nær Osøyro sentrum. Skulen starta med to klassar, ein realfagsklasse og ein engelskklasse. Elevtala auka til fire parallellar på kvart klassetrinn då skulen flytta inn i det nye skulebygget i Gymnasvegen våren 1969.
Med unntak av nokre år på 1990-talet, då Os gymnas tilbydde vaksenundervisning finansiert av NAV og eitt år med påbyggsklassar frå Os VGS, har skulen alltid vore ei tradisjonell studiespesialiserande skule (tidlegare allmennfagleg skule). Skulen har vore og er framleis eit viktig lokalt skuletilbod til elevar som ynskjer å kvalifisere seg for høgare studiar på høgskular eller universitet.
Dei siste åra har konkurransen om elevane auka. Innføringa av fritt skuleval på byrjinga av 2000-talet, og endringar i skulestrukturen, har gitt elevane fleire vegar fram mot høgare utdanning. Elevtalet på Os gymnas har difor minka dei siste åra, og skulen har for tida to parallelle klassar på kvart trinn.