Развитието на гимназията може да бъде представено с по-важните събития и години в историята й:

• Септември 1964г. – По инициатива на Математическия факултет на Софийския университет „Св. Климент Охридски“ към 8 Средно политехническо училище – София се открива първата математическа паралелка в страната. Подготовката на учебните планове и обучението по математика се възлага на преподавателите от Математическия факултет на СУ.
• 1966г. – За първи път е подписан статут на математическите паралелки, според който учениците с оценка над 5.00 биват приемани в Математическия факултет на СУ.
• Септември 1968г. – От тази дата математическите паралелки се обособяват в самостоятелна гимназия със засилено изучаване на математика.
• 1974г. – Открива се паралелка със засилено изучаване на физика към Физическия факултет на СУ.
• 1976г. – Открива се паралелка със засилено изучаване на химия към Химическия факултет на СУ.
• 1977г. – Открива се паралелка със засилено изучаване на биология към Биологическия факултет на СУ.
• 1983г. – Започва ново преустройство на образователната система в България.  Тогава се откриват две нови паралелки – профили Биотехнологии и Науки за земята.
• 1992г. – С учебните планове на базата на съществуващите вече паралелки се оформят профилите: „Математика и информатика“ (2 паралелки), „Физика“ (1 паралелка), „Химия“ (1 паралелка), „Биология и биотехнологии“  (2 паралелки) и „Науки за земята“ (1 паралелка).
• 1993г. – За пръв път  по инициатива на Ректора на Софийския университет се изготвят Основни положения за съвместната работа на Софийския университет и Националната природо-математическа гимназия като асоциирано методическо звено.
• 1994г. – С решение на Академичния съвет на СУ „Климент Охридски“ НПМГ е призната за Природо-математически лицей на Софийския университет.
• 2002 г. – С разрешение на МОН се открива нова хибридна паралелка с разширено изучаване на химия и биология.
• 2013 г. – С решение на Педагогическия съвет се разкрива паралелка с разширено изучаване на информатика и ИТ.
• 2017 г. – Приемът на ученици в VIII клас се осъществява по ЗПУО, в следните профили: Математически, Софтуерни и хардуерни науки, Икономическо развитие и Природни науки.
• 2019 г. – С решение на Академичния съвет на СУ „Св. Климент Охридски“ се урежда статутът за учебно-методическата дейност между СУ и НПМГ.
• 2020 г. – С решение на Министерски съвет НПМГ е вписана в списъка на иновативните училища в Република България с иновацията: „От училището към университета“: Съвместно с преподавателите от факултетите по математика и информатика, физика, химия и фармация и биологически на СУ „Св. Климент Охридски“ са разработени учебни програми за избираемите модули от профилиращите предмети във втори гимназиален етап.

Реализирането на програмите в ХІ клас започва през учебната 2020/2021 година, а от следващата учебна година и в ХІІ клас.

• 2021 г. – С решение на Педагогическия съвет се откриват две паралелки в V клас с разширено изучаване на математика и природни науки, за сметка на отпадането на една паралелка профил „Природни науки“ и паралелката „Софтуерни и хардуерни“ науки в VIII клас.
• 2022 г. – с решение на ПС, НПМГ разширява иновацията „От училището към университета“ с „Профилираната подготовка по математика и природни науки – ключ към успеха в университета“.

Предложената иновация цели:

1. Провеждане на обучение по профилирана подготовка във втори гимназиален етап по математика, природни науки и география по разработени и апробирани учебни програми, съвместно с преподаватели от СУ „Св. Кл. Охридски“;
2. Формиране на базисни знания и компетентности по математика и природни науки в първи гимназиален етап чрез провеждане на част от факултативните учебни часове, заложени в учебните планове на VIII клас преди началото на учебната 2022/2023 година.

За реализиране на целите се предвижда:

1. 1. Съвместно разработване на учебни програми по избираемите модули по география и икономика в ХІ и ХІІ клас от учители и университетски преподаватели от ГГФ;
   2. Продължаване на сътрудничеството с привлечените тясноспециализирани университетски преподаватели от БФ, ФМИ, ФФ, ФХФ на СУ „Св. Кл. Охридски“;
   3. Повишаване на качеството на профилираното обучение чрез провеждане на занятия в лабораториите и специализираните кабинети на факултета по математика и информатика, физическия факултет, факултета по химия и фармация, биологическия факултет и геолого-географския факултет на СУ „Св. Кл. Охридски“;
   4. Промяна на учебното време на учениците от VIII клас, чрез стартиране на учебната година с една седмица по-рано.