Schon kurz nach der Gründung des Klosters Kremsmünster (777) verlangte Karl der Große im Jahr 789 die Errichtung von Schulen in allen Abteien und Domkirchen. Die mittelalterliche Klosterschule von Kremsmünster genoss besonders im 11. Jh. einen guten Ruf. Im beginnenden 14. Jh. übernahmen weltliche Magistri (Abgänger der neu gegründeten Universitäten) den Unterricht. Nach einem allgemeinen Niedergang nahm das Schulwesen durch die so genannte „Melker Reform“ und das Eindringen des Humanismus in der ersten Hälfte des 15. Jh. wieder einen deutlichen Aufschwung. Die Äbte des 15. und 16. Jh. förderten die Klosterschule nach Kräften.

1549 machte Abt Gregorius Lechner die Schule allgemein zugänglich („scholas aperuit“) und begründete damit (möglicherweise auf Anregung Kaiser Ferdinands I.) das öffentliche Gymnasium Kremsmünster. Er ließ auch ein neues Schulhaus errichten. Die ersten Lehrer am Stiftsgymnasium waren Protestanten, gegen 1600 machte sich jesuitischer Einfluss bemerkbar. Ein besonderes Kennzeichen des Gymnasiums Kremsmünster war neben der Pflege von Grammatik und Rhetorik die Wertschätzung der Musik. Im 17. Jh. wurden die weltlichen Lehrer nach und nach durch Geistliche ersetzt. Damals erwachte in Kremsmünster außerdem ein starkes Interesse an den Naturwissenschaften sowie an Literatur und Bühnenspiel. P. Simon Rettenpacher, ein bedeutender Gelehrter und Dichter, war Leiter des 1676 gegründeten Theaters und auch des Gymnasiums.

Sichtbares Zeichen der Bedeutung der Naturwissenschaften in Stift und Schule war die Errichtung der Sternwarte (1748-1758) und der Ausbau des mathematisch-astronomischen Museums.

1804 wurde das k. k. Konvikt eröffnet, das 1849 vom Stift übernommen wurde und bis zum Jahr 2013 bestand. Seit 1851 bildet die Matura den Abschluss der Gymnasialstudien. Im Lauf des 19. Jh. erwarb sich das Stiftsgymnasium Kremsmünster im Bereich der gesamten Donaumonarchie einen sehr guten Ruf. 1887 wurde mit dem Bau eines neuen Gymnasialgebäudes begonnen, das 1891 eingeweiht wurde.

Kurz nach dem Anschluss Österreichs an das Deutsche Reich wurde die Schule von den Nationalsozialisten dem Stift weggenommen und in eine „Staatliche Oberschule für Jungen“ umgewandelt. Die geistlichen Lehrer wurden entfernt und durch Parteigenossen ersetzt. Sofort nach dem Ende der Nazi-Herrschaft wurde die Schule von der amerikanischen Besatzung dem Stift zurückgegeben und wieder als Gymnasium eröffnet. Zum 400jährigen Jubiläum (1949) konnte die erste Matura nach dem Zweiten Weltkrieg abgehalten werden.

In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts geschahen v. a. im Konvikt Fälle von sexuellem Missbrauch und von psychischer und physischer Gewalt an Schülern, die 2010 aufgedeckt wurden; in den Medien wurde ausführlich darüber berichtet. Der damalige Konviktsdirektor wurde gerichtlich für schuldig befunden und zu einer Gefängnisstrafe verurteilt.

1981 wurde in der Oberstufe die Wahlmöglichkeit zwischen Griechisch (Humanistisches Gymnasium) und Französisch (Neusprachliches Gymnasium) eingeführt. Außerdem wurden in dieser Zeit eine Ballspielhalle und weitere Unterrichtsräume errichtet. Seit 1990 werden Mädchen aufgenommen, die gegenwärtig mehr als die Hälfte der Schülerzahl ausmachen. Ebenfalls seit diesem Jahr kann man als Fahrschüler/in das Stiftsgymnasium besuchen.

In den Jahren 2014 bis 2016 fanden im Stiftsgymnasium umfangreiche Baumaßnahmen statt. In einer ersten Bauphase wurde zwischen dem Gymnasialgebäude und dem ehemaligen Konviktstrakt parallel zum Wassergraben ein neuer Turnsaal errichtet und ein architektonisch beeindruckender unterirdischer Verbindungsgang (mit Boulderwand) geschaffen. In einer zweiten Bauphase wurden große Bereiche des ehemaligen Internats renoviert und für Schulzwecke adaptiert. Dort sind ein naturwissenschaftliches Zentrum (Physiksaal, Chemiesaal, Biologiesaal samt Nebenräumen), ein Kunstbereich (Zeichensaal, Textiler Werkraum, Technischer Werkraum, Fotolabor und weitere Räume), zwei große Informatikräume, weitere Klassenzimmer sowie großzügige Pausenflächen für die Schüler/innen entstanden, außerdem ein neuer Garderobenbereich sowie zwei Musikzimmer und ein Musik-Computerraum. Besonders spannend ist das Nebeneinander von barocker Architektur und moderner Ausstattung. Auch das Gymnasialgebäude wurde renoviert und gebäudetechnisch auf den neuesten Stand gebracht. "Herzstücke" sind die neue Schulbibliothek und ein zeitgemäßer großer Lehrerarbeitsbereich. Alle Bereiche der Schule sind durch Lifte barrierefrei erschlossen. In allen Unterrichtsräumen steht eine Multimedia-Anlage, eine interaktive Whiteboard sowie ein Kurzdistanzbeamer zur Verfügung. Weitläufige Outdoor-Sportanlagen (v. a. ein großer Fußballplatz, ein Mehrzwecksportplatz, zwei Beachvolleyballfelder sowie ein beheiztes Schwimmbad) ergänzen die Ausstattung.