北京师大附中始终走在基础教育改革的前列。建校之初，在国内率先实行“三三”学制，率先实行文理分科，创立课间操制度，并开男女生合校之先河。建国之后，积极投身教育教学改革，涉及课堂教学、课程设置、学制调整等等。改革开放之后，成为北京市重点中学，首批开展军训，借鉴试用美国生物教材，探索“STS”教育。2002年成为北京市首批示范校。进入新课改以来，成为北京市首批自主排课自主会考实验校，高中特色办学试点校，创新人才培养试点校，翱翔计划基地校，中外合作办学项目校，北京 AP课程开发项目校，校本课程建设先进校，体育篮球田径传统校，声乐特长传统校和舞蹈金帆校。2020年我校又成功获批普通高中新课程新教材实施国家级示范校。
新时期，北京师大附中提出了全人格高素质的育人目标，把学生的个人发展需求与国家社会对人才培养的需求统一起来，构建了由“基石课程”“志趣课程”和“卓越课程”组成的全人格教育课程体系，实现了学生主动、活泼、充分、健康地发展。学校特别开办了培养拔尖人才的钱学森班、科技实验班、人文实验班和中美合作国际化人才项目班，为不同特质、不同发展方向的学生提供了充足的发展空间。