En 1853, le maire de Mont-de-Marsan, Adolphe Marrast, émet le projet de convertir le collège existant en lycée impérial. Cette transformation nécessite l'érection de nouveaux bâtiments dont les plans seraient d'abord confiés, selon l'ancien proviseur Hervé Guilhamon, à un architecte bordelais dénommé Courrau. La municipalité suivante, d'Antoine Lacaze, obtient en 1855 un projet pour 100 internes de la part de Luc-Marcelin Dosque-Moras, ingénieur du génie de Mont-de-Marsan qui propose une implantation place de la Tenaille (actuel square des anciens combattants, bordé par la rue des remparts). Le collège est érigé en lycée par décret impérial du 23 février 1859. En avril 1859 Dosque-Mornas fournit un nouveau plan, cette fois pour 120 internes, et sur l'emplacement de la Pépinière créée en 1812.
L'administration impériale exige cependant l'intervention d'un architecte parisien, qu'elle choisit au sein du service des édifices diocésains : Adolphe Lance. Ce dernier fournit en juin 1859 un devis détaillé relatif à la construction du lycée.
En parallèle, la mairie confie à l'architecte départemental, Alexandre Ozanne, la tâche de produire de nouveaux plans dessinés en novembre 1860.
Ces derniers sont critiqués par la toute jeune Commission des bâtiments des lycées et collèges en avril 1861, tandis que le premier programme détaillé pour la construction des lycées est justement publié par le Ministère. Parmi les prescriptions majeures de l’État, figurent l'érection de bâtiments "en simple épaisseur" permettant une double aération et la création de cours séparées en fonction des âges. Ces deux conditions ne sont pas remplies par Ozanne qui envisage -comme Dosque-Moras- à chaque étage des salles séparées par un couloir. Seul Dosque-Moras avait proposé cette séparation en quartiers par classe d'âge.
Dès lors Adolphe Lance devient l'architecte du lycée et produit des plans en 1862.
L'adjudication est organisée en 1863 afin de choisir les entrepreneurs qui prendront en charge cette construction financée à 60 % par la ville.
Le lycée est inauguré le 15 octobre 1866 par le Ministre de l'Instruction publique lui-même, Victor Duruy. Ministre de 1863 à 1869, Duruy est particulièrement attaché au territoire des Landes puisqu'il est également élu au Conseil général en 1867 puis en devient président de 1869 à 1870. Il choisit ainsi le lycée de Mont-de-Marsan comme site d'expérimentation de la nouvelle organisation des études qu'il entend développer : il abandonne la "bifurcation" conduisant à séparer les lettres et les sciences et souhaite développer un enseignement secondaire "spécial", plus appliqué, destiné aux besoins de l'économie locale. Le lycée de Mont-de-Marsan devient ainsi le premier "lycée spécial" à dispenser cet enseignement, organisé par la loi du 21 juin 1865, pour des élèves de 12 à 16 ans. L'afflux des élèves est tel, qu'une annexe est créée dès 1867 au collège de Saint-Sever. A partir de 1881, ce cursus subit plusieurs réformes et en 1902, l'enseignement secondaire est unifié et un système d'options mis en place.
Lors de l'inauguration, l'évêque Monseigneur Epivent exige la construction d'une chapelle. L'architecte Ozanne en dresse les plans et la chapelle est bénie le 05 juillet 1868. En 1878, le plafond est réparé ; en 1910 les tuiles sont changées. Elle subit d'importantes dégradations entre 1940 et 1944 du fait des troupes allemandes cantonnées au lycée. Les vitraux sont restaurés vers 1945 puis en 1955.
L'établissement devient un hôpital militaire entre 1914 et 1916. Il est rénové en 1937-1938.
Un vaste projet d'agrandissement est confié en 1956 par le Ministère de l’Éducation nationale à l'architecte en Chef des Bâtiments civils et des Palais nationaux, Paul Sirvin, secondé par un architecte local, Michel Depruneaux. Il consiste en la construction d'un nouvel externat, de logements de fonction, d'un gymnase, et par l'aménagement d'un terrain de sports et d'une cour de récréation. En parallèle, les anciens bâtiments sont rénovés et transformés en bureaux, logements de fonction et internat. Le chantier se déroule entre 1962 et 1968. De plus, en 1968, des travaux de réfection de la charpente et de la toiture de la chapelle sont entrepris. Les œuvres artistiques du 1% culturel sont confiées en 1967 aux sculpteurs sur métaux Claude Viseux (œuvre adossée au mur de la galerie reliant anciens et nouveaux bâtiments, aujourd'hui déplacée dans le parc) et Philippe Hiquily (œuvre dans le parc aujourd'hui disparue).
Après la décentralisation, une première restructuration est livrée en 1998 par les agences d'architectes BDM (Bouey, Digneaux, Maurice) et Tesseire & Touton. Ce projet concerne à la fois la restructuration des bâtiments du XIXe siècle et des années 1960, ainsi que l'édification de nouveaux locaux face à l'avenue Nonères comprenant accueil, vie scolaire, CDI, administration, bureaux des professeurs et foyer des élèves.
Entre 2003 et 2005, des extensions sont conçues dans le prolongement des bâtiments précédents, afin de créer un nouveau réfectoire, par les architectes Rémy Tarricq et Guy Escoubet ; un nouveau foyer par les architectes Cyril Ruiz, Daniel Imbault et de nouveau Tesseire et Touton. Enfin, un nouveau gymnase, à l'est du site, le long de la rue de l'Auberge Landaise, est également livré par Ruiz et Imbault.
Il est probable que ce soit au cours de ces restructurations des années 1990 et 2000 que deux bâtiments construits dans les années 1960 ont été démolis : la galerie reliant les bâtiments du XIXe siècle et le nouvel externat ainsi que le premier gymnase.