黑龙江省实验中学创建于1948年，前身是哈铁一中，1978年被确立为首批办好的省重点中学，2002年被评为省级示范性普通高中，2004年划归省教育厅直接管理，2005年4月，正式更名为黑龙江省实验中学。
各科实验室、电教室、微机室、技术室、语音室、图书馆、电子阅览室、音乐美术教室、陶艺雕塑室、千兆校园网等都达到国家级示范高中标准。体育馆、操场、塑胶运动场可供学生开展丰富多彩的体育活动。学生食堂能容纳千人同时就餐，饮水为纯净水。
学校入选教育部教指委1人、教育部实验人才库2人，博士3人，硕士占比70%以上，正高级教师5人，特级教师4人，省市骨干教师90余人。学校是哈市领航示范发展共同体领航学校，教学改革成果在全省推广。
学校是AFS国际文化交流项目学校(由省教育厅批准，借助AFS国际文化交流项目与美国、德国、英国、意大利、芬兰、比利时、泰国、丹麦等30多个国家互派留学生);与美国休斯敦国际学校合办孔子课堂，多次师生互访，共享教学资源。多次接待美国、法国、乌克兰、加拿大等国家教育考察团访问。
2018年学校创办OSSD中加实验班，与加拿大安大略省的安博逊高中合作办学，纳入市招生计划招生。学生在读期间将获得两校学籍，采取“2+1”的人才培养模式，即高一、高二在省实验就读，主要学习加拿大高中课程，学生还可自愿学习国内课程，如通过我省学业水平测试，将获省实验中学毕业证，高三时前往安博逊高中留学一年，学习加拿大12年级课程，毕业时获得安博逊高中毕业证。
学校被评为“全国文明单位”、“全国教育系统先进集体”、“省五一劳动奖状”单位，是全国现代教育技术实验学校、全国群众性体育活动先进学校、中国首批校园文学重点基地校、全国首批中小学心里健康教育特色学校、省德育工作先进单位、省课程改革先进集体、省科研先进集体;是南开大学、山东大学、华中科技大学名校优秀生源基地，清华、北大等几十所院校自主招生生源基地，AFS国际文化交流金牌项目学校，“孔子课堂”项目学校。
学校全力构建适应学生发展的课程体系。在开齐、开满国家课程的基础上，开发和开设具有学校特色的校本课程。校本课程的开设重要的是给学生更多的选择，为学生的发展提供更多的可能。