Ngày 25/8/2004 UBND Thành phố Hà Nội ra Quyết định số 5316/QĐ-UB về việc thành lập trường THPT Thượng Cát.Trường đóng trên địa bàn xã Thượng Cát-Huyện Từ Liêm-TP Hà Nội (nay là Phường Thượng Cát, quận Bắc Từ Liêm). Trường được xây dựng theo mô hình của trường chuẩn Quốc gia, trên diện tích đất 16.843m2 và là công trình gắn biển chào mừng 50 năm ngày giải phóng Thủ đô 10/10/1954-10/10/2004
Về cơ sở vật chất, hiện tại trường có 2 tòa nhà 4 tầng, 1 nhà 3 tầng- với 19 phòng học 5 phòng thực hành thí nghiệm, các phòng chuẩn bị thí nghiệm và 13 phòng làm việc.
Các phòng học khang trang, thoáng mát; phòng thực hành được trang bị đầy đủ và đồng bộ đáp ứng chương trình đổi mới giáo dục.
Ngoài ra trường còn có khu nhà giáo dục thể chất, có sân chơi, bãi tập dành cho học sinh luyện tập TDTT và học môn GDQP-AN