A reáliskola célja az alapfokú ipariskolák és a "technikai iskolák" (vagyis műszaki egyetemek) közötti átmenet, a középfokú oktatás biztosítása, előkészítés a technikai iskolai tanulmányokra, és természetesen a német szellem erősítése a tanítási nyelv révén. (Magának a középfokú reáliskolának a létrejöttét azonban már a magyar reformnemzedék legkiválóbbjai, így Széchenyi és Deák is szorgalmazták.)

Az alapítás idején Pest-Budán mindössze három középiskola működött: Budán a Katolikus Egyetemi Főgimnázium, Pesten pedig az Evangélikus és a Piarista Gimnázium. Az oktatás ténylegesen 1855-ben kezdődött, a megnyitó ünnepség október 29-én volt. Nagyjából ekkor, a Budai Főreállal egy időben kezdte működését a Pesti Főreál, a mai Eötvös Gimnázium.

A tanítás az első négy évben a Fő utca és a Ponty utca sarkán álló elemi iskola termeiben folyt. Ma is használt saját épületünk 1857 és 59 között épült Petschnig János, a pesti reáliskola rajztanárának tervei alapján a Donáti utca és a mai Toldy Ferenc utca (akkor Neue Gasse) között húzódó Wagner-féle telken. A kétemeletes neogót épület sárga és vörös nyerstéglából készült, faragottkő-díszítésekkel. Ez a stílus akkor újszerűnek számított, külföldön is felkeltette a szakma érdeklődését.

Építészeti szempontból több jelentős változás is történt azóta. Átalakult például a déli szárny: elbontották az épülethez csatlakozó tornyot és díszes kaput, a régi erkély helyett új ablakokat törtek a fizika előadó déli falán. Nem látható a déli kiugró (a fizikaszertár) keleti falán volt napóra sem. Ezeknek az eredeti állapota a titkárság falán függő, az épületet délkeleti irányból bemutató régi rajzon látható. A régi díszterem is évtizedekig tornatermi célokat szolgált. A huszártorony is hosszú időn át hiányzott: 2010-ben építették újjá.

Iskolánk első igazgatója Schenzl Guidó bencés szerzetes, akinek arcképe több mint száz éve lóg az igazgatói irodában, illetve az 1989/90-es évkönyv címlapján is látható. Osztrák származású: 1851-ben jött hazánkba (1855-ig a már említett Katolikus Egyetemi Főgimnáziumban tanított), és 1855-tol 1870-ig volt az iskola igazgatója. Ezt követően a Meteorológiai Intézet alapító igazgatója lett. Szülőföldjén halt meg 1890-ben. Halálának századik évfordulóján iskolánk képviselői koszorút helyeztek el Schenzl Guidó sírján.

Az iskola tanítási nyelve kezdetben a német, s németül jelentek meg évkönyveink is. Az Entwurf szellemében még a magyar nyelvtant is németül oktatták! Ebből természetesen politikai konfliktusok származtak az iskola és a budai polgárság között, de a diákoknak a tanulásban is sok gondot okozott a nyelv. 1861-től aztán - a politikai helyzet változásával és néhány tanár fellépésének köszönhetően - vegyes tannyelvű lett az iskola. Egyes tárgyakat magyarul, másokat németül, megint másokat pedig mindkét nyelven oktattak. Az utóbbiaknál az előadás és a kikérdezés nyelve a tanár és a diák nyelvtudásának függvényében váltakozott. Hatodik évi, 1861-ben kiadott évkönyvünk már magyar nyelven is megjelenik. A némiképp zűrzavaros helyzetet a kiegyezés szüntette meg, amelynek folyományaként teljesen magyar tannyelvűvé vált az ekkor éppen Budai Királyi Főreáltanodának nevezett intézmény. Ez a folyamat okozott némi meghasonlást a tanári kar különböző nemzetiségű tagjai között, ám az alapító igazgató, Schenzl Guidó megérezvén az idők szavát bölcs türelemmel vezényelte le az átmenetet, miközben maga is megtanult magyarul.

A reáliskola kezdetben hat-, majd az 1870-es évek második felétől nyolcosztályos struktúrában működött. A tantárgyak zöme megegyezett a gimnáziuméival (vallástan, német nyelv, magyar nyelv, földrajz, történelem, matematika, természetrajz és természettan), amelyek mellett a reáliskolában még vegytant, geometriai rajzot, építéstant, géptant, szabadkézi rajzot és szépírást is oktattak, cserébe viszont a reál diákjainak le kellett mondaniuk a görög és latin nyelvek, valamint a filozófia tanulásáról. A két iskolatípus tantárgyrendszere már a múlt század hetvenes-nyolcvanas éveiben fokozatosan közeledett egymáshoz. A reáliskolai követelményeken felül a Budai Főreálban már a nyolcvanas évektol rendkívüli tárgyként oktatták a latint, ugyanis a latin érettségi feltétele volt a legtöbb egyetemre való jelentkezésnek. Az első érettségit 1876-ban tartották az akkori legfelső évfolyam, a hetedik osztály legjobb tanulóinak részvételével.

1920-ban vette fel a Főreáltanoda Toldy Ferencnek, "a magyar irodalomtörténet-írás atyjának" nevét. (Toldy szülőháza egykoron az épülettel szemben, a mai Toldy Ferenc utca túloldalán állt, az utcát pedig már halála után róla nevezték el. A szülőház képe az 1994/95-ös évkönyvben látható.) A következő névváltozás 1934-ben történik, amikor az új oktatási törvény eltörli a reáliskolai formát. Ekkortól kezdve iskolánk neve: Toldy Ferenc Gimnázium. A háború után, 1946-ban ugyan a minisztérium megkísérli a Mátyás Király Gimnáziummal való összevonás révén megszüntetni a Toldy önállóságát, de a tanári kar ellenállásán megbukik az elképzelés. 1948-ban átmenetileg általános iskolai osztályokkal is bővül az iskola. 1951 és 1954 között pedig Fürst Sándor Gimnáziumnak nevezik a Toldyt. Nagy fegyvertény azonban (1954-et írunk!), hogy a centenáriumi ünnepségsorozatra sikerül visszaszerezni a régi nevet. És egy örvendetes változás: az 1959/60-as tanévben az első évfolyamok már koedukáltak (mert bár 1951-1955 között volt egy [!] kizárólag lányokból álló osztály is, de rajtuk kívül eddig csak fiúk jártak az iskolánkba.)

Az iskola épülete két világháború viharát vészelte át. Az elsőben elpusztult a több mint 400 növényfajtának otthont adó botanikus kert. Közvetett következménye volt a háborúnak, hogy a gazdasági helyzet rosszabbodásával elapadtak az iskolát addig támogató anyagi források. (A békeidőben szokás volt tudományos gyűjtemények és oktatási segédeszközök adományozása, alapítványok létesítése.) Még rosszabbul járt a Toldy a második világháborúban: az ostrom alatt találatot kapott az épület, s az északi szárny teljesen kiégett. (Szomorú érdekesség, hogy a tűz terjedését csak az épület egy részének felrobbantásával tudták megállítani.) A legfájóbb csapás a könyvtár pusztulása: a mintegy tízezer kötetes állományból csak 660 darab maradt meg. A romos, fűtetlen, folyamatosan beázó épületben sokáig ma már elképzelhetetlen nehézségek között folyt a tanítás, s a helyreállítás csak az 1954/55-ös centenáriumi tanévben fejeződött be.

A háború fizikai, a következő időszak pedig szellemi értelemben sújtotta a Toldyt. Schenzl után is 1946-ig nagy formátumú, tudós igazgatók álltak az iskola élén. Ekkortól kezdve azonban az igazgatók egy-két évenként váltják egymást. A Rákosi-korszakban és a forradalom után számos tanár és diák szenved üldöztetést (köztük Antall József is, akit 1957-ben büntetésből helyeznek a Toldyba, 1959-ben pedig végleg eltávolítják a tanári pályáról). A fordulat 1961-ben történik, amikor a ma már legendás Pataki Gyula kerül az igazgatói székbe.

Harminc évvel későbbi haláláig irányítja az iskolát, s ezt az időszakot a bizalom és az emberség légköre hatja át. Vezetése alatt a gimnázium visszatalál korábbi önmagához. Ez a három évtized emberi és tanulmányi értelemben is a fellendülés kora a Toldyban. Jelenlegi igazgatónk, Porogi András, aki 1992 óta áll az iskola élén, Pataki Gyula szellemi örökösének vallja magát.

A hetvenes évek számos ma is élő új hagyománnyal gazdagították iskolánk életét. 1970 óta működik a Teátrum, 1972-ben jelent meg először A Lap, 1975-től rendezzük meg a Toldys Diáknapokat (TDN).

1994-től az iskola áttért a hatosztályos rendszerre, vagyis 7-12. évfolyamig képez diákokat. A képzési rendszerről, az itt folyó munka elveiről és gyakorlatáról az iskola Pedagógiai Programjában olvashatnak.

Gimnáziumunk részletes történetét az alapítási évtől 1990-ig az 1964/65-ös, az 1966/67-es, az 1969/70-es, a 125 éves jubileumi (1979-es), az 1989/90-es és az 1993/94-es évkönyvek tartalmazzák. 1993 óta az évkönyv folyamatosan jelenik meg.

A cikk nagyrészt Kozma Ferencné tanárnőnek az 1989/90-es évkönyvben közölt írása és az 1992/93-as évkönyvben megjelent összefoglalója, illetve Porogi András igazgató Iskola Budán c., az Európai Utas 1995./2. számában, ill. a 94/95-ös és a 95/96-os évkönyvben megjelent írása alapján készült, az évkönyvek több más cikkének felhasználásával.