בית הספר התיכון לאמנויות נוסד בשנת 1984, על ידי  אריאלה זאבי כבי"ס תיכון ארבע שנתי. בעת הקמתו עמד בראש העמותה, שנקראה "העמותה לקידום החינוך לאמנויות", מר גדעון לוין.

מקום מושבו הראשון של בית הספר לאמנויות היה במתנ"ס שבשכונת מוסררה. בשנת הקמתו מנה ביה"ס כ-90 תלמידים, והיו בו שלוש מגמות אמנותיות. ביה"ס התגורר בשכונת מוסררה כשלוש שנים ובתקופה זו  תרם רבות לשכונה ולחיי הקהילה שבה, והיה שותף בבניית החיים החברתיים במקום.

במהלך השנים ביה"ס גדל מאוד, והמקום במתנ"ס היה צר מלהכיל את מספר התלמידים. העירייה ביחד עם הקרן לירושלים וביה"ס יצאו למסע לאיתור מבנה חילופי.

במהלך ארבע שנים נוספות ביה"ס התגורר ברחוב נרקיס ולבסוף העירייה והקרן לירושלים קבעו את מעון הקבע של ביה"ס במבנה הנוכחי שבגן הפעמון. צ'ארלס א. סמית, באמצעות הקרן לירושלים, תרם כסף רב לצורך התאמת המבנה לצרכי התיכון לאמנויות. מאז המעבר למבנה הקבע הנוכחי נקרא ביה"ס: "התיכון לאמנויות ע"ש צ'ארלס א. סמית".

אריאלה זאבי, מי שמתוך יוזמתה וחזונה עמד ביה"ס לראשונה על רגליו, ניהלה את המוסד עד שנת 1998. בהנהלתה כבר תפס ביה"ס מקום ייחודי בין בתי הספר בירושלים, בשנות ה- 80 וה-90. למגמות האמנות הקיימות נוספו עוד שתיים וביה"ס החל לפעול במסגרת חמש מגמות אמנות: תאטרון, מחול, אמנות, קולנוע ומוסיקה. ביה"ס נתן מענה לאוכלוסיית תלמידים גדולה בעיר בתקופה בה עדיין לא היו מגמות אמנות עניין שבשגרה בבתי הספר התיכוניים.

בשנת 1995 החליטו ההנהלה והעמותה לפתוח חטיבת ביניים ולביה"ס נוספו תלמידים בכתות ז-ח והוא הפך לבית ספר שש שנתי.

בין השנים 1998 – 2006, ניהל את ביה"ס דני בר גיורא. דני המשיך לקדם את ביה"ס כדי שיתאים לצרכים החינוכיים וליעדים של ראשית המאה ה- 21.

בתקופת כהונתו של בר גיורא, הושם דגש על פנים לחברה וביה"ס התפתח כבית ספר משלב, באמצעות גיבוש מערך סיוע רחב היקף שכלל תכניות פרטניות המותאמות לכישוריו ויכולותיו של כל תלמיד.

בתוך כך, ביה"ס המשיך כבעבר, לפתח בתלמידיו תחושות מסוגלות ודימוי עצמי חיובי. ביה"ס המשיך לחנך לערכים לאומיים, דמוקרטיים והומניסטיים.

לאורך כל שנות קיומו, הקפיד ביה"ס על אוירה חמה, נעימה, בראש ובראשונה בין התלמידים וכן בית התלמידים לצוות המורים.   על כל אלה, קיבל בר גיורא, בשנת תשס"ד את פרס החינוך של מנח"י.

בשנת תשס"ה, ניהל את ביה"ס, ד"ר אילן שובל. אילן עמד בראש הניהול הפדגוגי של ביה"ס ובמהלך עבודתו גם כמנהל פדגוגי וגם כמנהל ביה"ס הדגיש את הקידום ואת השילוב של הלימודים העיוניים בביה"ס, פיתוח והרחבה של תכנית לימודים עשירה ומגוונת, לצד הלימודים התובעניים במגמות האמנות.

משנת 2006 ועד 2014, מנהלת את ביה"ס ענת גור. ענת  עמדה במשך שנים בראש מערך הטיפול בפרט בביה"ס והיא הביאה אל ניהול ביה"ס את היכרותה המקצועית רבת השנים מתחום הטיפול בילדים בעלי צרכים מיוחדים, ושילובם המלא בתוך חברת הילדים הרגילה.

בשנים האחרונות גובר והולך הביקוש לביה"ס בכל שכבות הגיל.  נכון להיום, לומדים בתיכון לאומנויות כ-620 תלמידים, וכ-140 אנשי צוות.

משנת 2014 ועד עכשיו, מנהל את בית הספר תומר בליטי-דגן. תומר חינך בכל שנותיו בבית הספר בתיכון ועמד בראש החטיבה העליונה.