本校原為籌建之北勢國中預定地，87年全新規劃為平鎮完全中學高中部，工程經費四億三千餘萬元。命時任平鎮國中校長劉玉勳先生進行籌備。

89年6月高中部校舍完工，與平鎮國中合為『桃園縣立平鎮完全中學』，九月正式招收第一屆高一普通班、美術班、體育班新生。

90年8月1日完全中學試辦計畫停止，更名為『桃園縣立平鎮高級中學』。同年10月1日，首任校長劉玉勳先生榮退，張永鄰校長接掌本校。

92年體育班奉准增加1班招收棒球專長學生。

94年8月1日，張永鄰校長連任校長，帶領鎮高再創教育新猷。

96年12月運動場完工並舉辦本校第七周年校慶暨第一次運動會。

97年11月15日，連接校園與運動場的路橋完工啟用，並舉辦本校八周年校慶運動會。

98年8月1日張永鄰校長榮退，謝錦雲校長接掌本校。

99年陸續完成全校T5燈管更換，指示燈改為LED燈，符合節能。教室單槍更新為流明數3500，教室內電視更換為液晶螢幕，提升教學品質。

100年完成廁所更新美化、電梯門美化、校園裝飾藝術等，此皆採學生作品，以資鼓勵。

101年度教育部高級中學學校評鑑榮獲一等；同年與日本廣島縣立三原東高校締結姊妹校。

102年與法國聖瑪麗高中締結姊妹校。

103年12月25日，因應桃園縣升格改制為直轄市，更名為桃園市立平鎮高級中學。

105年榮獲教育部第三屆藝術教育貢獻獎，同年與韓國仁川彌鄒忽外語高中締結姊妹校。

106年8月謝錦雲校長調任桃園市立南崁高級中學校長，胡劍峯校長接掌本校。

107年3月16日，配合桃園市國立高中改隸市立，更名為桃園市立平鎮高級中等學校，校長胡劍峯力邀北藝大教授，名書法家趙宇脩先生用隸書為新校名牌匾題字，更能代表鎮高特色及增添校園藝術氣息。

108年5月與韓國大邱市雲岩高中締結姊妹校。

109年7月運動場跑道更新為藍色，提供師生與社區民眾們更舒適的運動空間。

109年8月胡劍峯校長榮退，許唐敏校長接掌本校。

109年10月進行圖書館三至五樓整修，111年8月完工。修繕K書中心及增設鎮高學堂、多功能討論室、學習成果發表區、線上學習區等空間，讓圖書館發揮服務師生最大效益。

110年12月完成教室區廁所美化整建。

111年6月與美國威斯康辛州箴言高中（Living Word Lutheran High School）簽訂姊妹校與合作備忘錄。

112年9月將籃排球場整建為結合運動x綠能產業x能源教育的光電球場。

112年12月與韓國仁川市大谷高中締結姊妹校。

113年5月與日本宮崎縣宮崎商業學校締結姊妹校。

113年11月與韓國大邱市涵芝高中締結姊妹校。

114年3月榮獲桃園市高級中等學校校務評鑑最高榮譽-優等。

115年8月許唐敏校長調任桃園市大園國際高中，黃華彩校長接掌本校。