Prasidedant Lietuvos atgimimui ir vykstant įvairioms permainoms, tuometinio Kauno politechnikos instituto (KPI) Taikomosios matematikos katedros vedėjui doc. Vladui Vėteriui kilo mintis įkurti naują mokyklą, skirtą motyvuotiems ir gabiems mokiniams iš visos Lietuvos. Mokykloje turėjo būti sustiprintai mokoma matematika, fizika ir informatika. V.Vėterio idėjai pritarė tuometinė instituto vadovybė. Mokyklos steigėjais tapo Kauno politechnikos institutas ir Švietimo ministerija. Taip 1989 metais atsirado KPI eksperimentinė vidurinė mokykla, o jos direktoriumi tapo tos pačios katedros docentas Bronislovas Burgis.
Po metų direktorius iškėlė mintį, kad eksperimentas tegali trukti metus, kad jis visiškai pavyko ir ilgiau vadintis eksperimentine mokykla nebetinka. Tad pasiūlė ją vadinti gimnazija. Taip nuo 1990 metų ji ir buvo pavadinta. Vėliau, institutams keičiant pavadinimus ir tampant universitetais, atsirado ir dabartinis įstaigos pavadinimas – Kauno technologijos universiteto gimnazija.
2003 m. gimnazija tapo viešąja įstaiga.
Olimpiadininkų ugdymas yra prioritetinė ugdymo(si) sritis, kuri leidžia atsiskleisti moksleivių talentams ir garsina gimnazijos vardą Lietuvoje ir pasaulyje. Šiandieną, įkopusi į 35 – uosius mokslo metus, KTU gimnazija didžiuojasi daugiau nei 150 – ia aukso, sidabro ir bronzos apdovanojimų, kuriuos gimnazistai iškovojo tarptautinėse olimpiadose.
2005 metais pirmąjį pasaulio debatų čempionės titulą iškovojo Aistė Dumbrytė.
2007 metais, pirmąjį Lietuvoje aukso medalį tarptautinėje matematikos olimpiadoje, vykusioje Vietname, laimėjo Kęstutis Česnavičius.
2008 metais aukso medalį tarptautinėje chemijos olimpiadoje Vengrijoje iškovojo Roberta Pocevičiūtė.
Tais pačiais 2008 – aisiais tarptautinėje astrofizikos olimpiadoje Indonezijoje aukso medalį iškovojo Airidas Korolkovas.
2010 metais aukso medalį iš tarptautinės chemijos olimpiados Japonijoje parvežė Vladimiras Oleinikovas.
2012 metais Vytautas Pečiukėnas pelnė Europos Sąjungos gamtos mokslų olimpiados aukso medalį.
2014 metais aukso medalį iš tarptautinės istorijos olimpiados Estijoje parvežė Airidas Litvinas.
2015 metais aukso medalį Europos Sąjungos gamtos mokslų olimpiadoje, vykusioje Austrijoje, iškovojo Rokas Elijošius.
2017 metais Rokas aukso medalį laimėjo tarptautinėje Menedelejevo chemijos olimpiadoje (Kazachstane) bei tarptautinėje chemijos olimpiadoje (Tailande).
2021 metais aukso medalį Europos Sąjungos gamtos mokslų olimpiadoje Vengrijoje laimėjo Dominykas Krasauskas.
2022 metais aukso medalį tarptautinėje geografijos olimpiadoje Prancūzijoje laimėjo Ugnius Žagarys.
KTU gimnazistai mokyklos ir Lietuvos vardą garsina ne tik tarptautinėse olimpiadose, bet ir prestižiniuose universitetuose: Kembridžo, Oksfordo, Jeilio, Harvardo, MIT, ….
Aukšta pedagogų kvalifikacija ir papildomas moksleivių rengimas yra būtina sąlyga, kad moksleiviai įgytų aukšto lygio gebėjimus ir žinias. Neatsitiktinai ilgamečiai gimnazijos mokytojai yra (arba buvo) KTU dėstytojai: doc. dr. Alvydas Jotautis, doc. dr. Ramūnas Naujokaitis, prof. Algirdas Šulčius, doc. dr. Bronė Narkevičienė, lektoriai Kęstutis Simonavičius ir Povilas Tvarijonas.
2003 m. matematikos mokytojai ekspertai Bronė ir Leonas Narkevičiai tapo Lietuvos metų mokytojais, o 2007 metais buvo paskelbti Metų šviesuoliais.
2011 m. KTU gimnazijos chemijos mokytojai ekspertei Birutei Maciulevičienei suteiktas Kauno miesto Metų mokytojo vardas.
2012 m. Už nuopelnus Lietuvos respublikai ir už Lietuvos vardo garsinimą pasaulyje Birutė Maciulevičienė buvo apdovanota Lietuvos didžiojo kunigaikščio Gedimino ordino medaliu.
2015 m. Kauno miesto Metų mokytoju tapo KTU gimnazijos istorijos mokytojas ekspertas Domas Boguševičius.
2016 m. Birutė Maciulevičienė tapo Lietuvos Metų mokytoja.
Šiuo metu gimnazijoje mokosi 344 mokiniai.
Nuo 2015 m. jai vadovauja direktorius Tomas Kivaras.