1958年東海大學成立之初，教職員子女求學不便，故欲成立附屬中學，但限於當時教育法令規定，私立大學無法設立附屬中學，12月27日另組董事會成立“台中市私立懷恩初級中學”，由於東海大學為教會學校，教職員子弟亦多為基督徒，故命名為“懷恩”。
1985年5月7日因台灣九年國民義務教育後，依法改制為“台中市私立懷恩國民中學”
2000年4月13日，增加高中部而改制為“台中市私立懷恩高級中學”
2002年1月11日，原懷恩董事會解散，併入東海大學，遂再改制為“東海大學附屬高級中學”
2008年2月27日，通過教育部申請，改制為“東海大學附屬實驗高級中學”。
2010年，學生宿舍落成。
2011年，合併東大附小，分為中學部、小學部與幼兒園。
2017年8月1日，變更校名為“財團法人東海大學附屬高級中等學校”。