牌头中学的前身是“同文义塾”，创建于清光绪十二年（1886），距今整整一百二十年了。当时南乡绅士寿静观、周锡山、赵登赢诸先生为使南乡弟子幼有所学，倡导办学，乡绅郦鼎臣先生捐赠地基，乃建同文义塾于牌头镇。“同文”，寓“同仁集成，以文兴国，以教育人”之意。光绪廿四年（1898）改为同文书院，由乡绅周介石先生负责。光绪三十四年（1908）改为同文公学，周载熙先生任校长。
辛亥革命后，同文公学改名为同文高级小学，由南乡著名绅士张洲先生主校政。从1912年至1943年，张洲、周如金、何劲、周有光、汪益培、张韶九等先后出任校长。学校规模与教学质量为当时全县之冠。1930年，省教育厅行文诸暨县政府传谕嘉奖，以示鼓励。
这一时期，培养出了众多知名人物，其中最著名的有无产阶级革命家张秋人、宣中华，原国家纺织工业部部长钱之光，中国科学院学部委员、物理学家何增禄，西北工业大学首任校长、党委书记寿松涛，纺织工业部副部长寿汉卿，福建省政法委副书记、公安厅长边圻，著名画家、中共十二大代表寿崇德，《文汇报》副总编张煦棠，原《台湾日报》总编张煦鳌等。
抗日战争时期的1942年，同文高小校舍被侵华日军拆毁。校长张韶九先生坚守崇高的民族气节，拒绝接受伪职，坚持办学。
民国三十三年（1944）春，张韶九以鄞县私立浙东中学扩班名义，招收初中新生一个班，同时将学校迁至离镇十里的越山寺庙内，一时之间，山寺中书声琅琅，歌声不绝。由徐病夫作词、蔡雪亮作曲的同文中学校歌在抗日的烽火中诞生。是年秋，学校又以私立暨阳中学分部名义，续招新生一个班。1945年春经省教育厅批准，正式创建“诸暨县私立同文中学”。张洲先生任校董会董事长，张韶九任校长。当时有三个班，144名学生。
抗战胜利后，学校回迁到上庙。由于牌头工商界和社会各方人士解囊相助，募得学田500余亩和大额资金，于是在原同文小学的废墟上建起了有办公室、膳厅、八个教室和几十间宿舍组成的三层四合院校舍。为提高教育质量，学校聘请名师俞卓峙、于德馨、宣威、蔡雪亮等执教，同时聘请浙江大学优等生来校兼课。同文初中由此声誉远播。国民党元老于右任、陈立夫于1945年分别为同文初中题写了横竖两块校牌。解放前夕，学校发展到拥有九个班、457名学生、27名教职工的规模。这一时期，学校培养了原浙江省高级人民法院院长夏仲烈、航空发动机专家楼根良、著名科学工作者何园素等一批优秀人才。
建国后，学校得到快速发展。1952年秋，已有12个班，700多名学生，40多名教职工。解放初期，学校实行校委会负责制，有周良、张韶九任主委、副主委。当时，百废待举，急需人才，有300余名学子投身建设和保卫祖国的行列。1956年7月，学校由政府接管，定名为“诸暨第三初级中学”。赵剑敏、何家骏先后任学校主要负责人。1957年下半年学校始单独建立党支部，毛纭任书记兼校长。
1958年秋，学校招收高中新生两班，升格为完全中学。校名定为“牌头中学”。继毛纭后，王祖校、赵真生、何永安先后担任学校主要负责人。
“文革”前的牌头中学十七年间，名师荟萃，人才辈出。
张韶九、寿崇德、周耿成、何家骏都是饱学之士，张圻、赵荣植、石如鑫、周宗文、楼统澄、但效先、楼耀芳等都是学有专长的诸暨名师。
原省交通厅厅长郭学焕、嘉兴市人大主任许国祯、原绍兴文理学院副院长宣培才、著名剧作家童汀苗、著名科普作家劳伯勋、原诸暨市委书记、省环保局副局长周惠良等都是杰出的学生代表。
“文革”开始，牌头中学遭劫。1969年，校舍被用作诸暨第二丝厂厂房，部分教师下伸到牌头区内的各公社任教，部分教师及校教具并入诸暨“五七”农校（绍兴地区农校），学生均回家庭所在地初中入学。1972年，应牌头地区人民的强烈要求，诸暨县革委会同意重建牌头中学，校址选在与原牌中一河之隔的擂鼓山上。从1970年春至1974年末，学校先后借新民公社桑场、牌头公社社校及农校房子招收二年制高中生。1975年，牌头中学才迁入擂鼓山现址。
在新牌中草创时期，方绍达、何巨才、楼岳明先后担任学校主要负责人。带领全校师生拨乱反正，在擂鼓山上披荆斩棘，重新创业，使新牌中走上健康发展之路。其中培养出像现任浙江省委宣传部部长陈敏尔、“浙江省功勋教师”和全国先进工作者潘国权等为代表的优秀人才。1980年，牌头中学被确定为诸暨市重点中学，为牌中的重新崛起奠定了坚实的基础。
改革开放后的牌头中学，何巨才、楼岳明、徐欣良、陈祖鑫、陈善钊、马伟儿、钟楚定、郦建潮、杨仙芳、蒋建军、马士中先后担任校长书记，带领全校师生开拓创新，为牌中的再度辉煌，作出了不可磨灭的贡献。而一大批名师先后走进牌头中学，为牌中增光添彩。陈祖鑫、周肇环、杨仲坚、陈培根、朱培甫、李吴懿、钟楚定、楼高行、俞田刚、占和水、俞宏伟、何建勋等就是其中的代表。自1989年实行教师系列职评以来，先后拥有高级职称的教师38人。2002年开始，中高级以上职称的专任教师占全体教师的三分之二以上。教师学历全部达标，研究生结业28人。
这一时期，学校的教育事业得到长足的发展。1982年牌头中学在县内率先恢复高中三年制学制。1985年，学校成为单设高中。从1985年开始到现在，学校规模不断扩大，占地面积从50余亩到近130亩、建筑面积从不足20000平方米到近50000平方米，班额从18个到56个，学生从1000余名到3300余名，教职工从70余名到180余名。二十年中，校舍和硬件设施总投资5100余万元，实现办公电脑化，教学电教化，藏书量接近14万册，其中有珍贵的古籍善本《四部备要》等。
牌头中学一贯以其突出的教育质量闻名遐迩。从恢复高考制度以来的二十多年间，共向各类大中专学校输送学生6000余名。马竞文夺得省文科状元、孙丹萍为省理科榜眼、周滟霜等7人在市内折桂。先后共有24人考上北京大学和清华大学，有20人次获得各类学科竞赛全国一等奖，省级以上获奖的数以百计。其中何翔在全国物理竞赛中笔试满分，是此类赛事所绝无仅有的，因而被授予特别奖；周宏梁、寿建能两人前后多次获得全国数理化竞赛一等奖，被誉为“双子星座”，因此而获得省政府颁发的“少年英才奖”。这对于一所普通的农村中学来说，确实成绩卓著。
二十多年来，牌中所培养的学生中，涌现出许多优秀人物，如：为抢救国家财产光荣殉职而授予绍兴市优秀共青团员的王建国、为保卫国家金融财产身负重伤而获得全国“五一劳动奖章”的沈尘、“全国模范法官”和“全国先进工作者”荣誉获得者张学军、“全国优秀人民警察”和“中国优秀青年卫士”荣誉获得者朱建阳等。
牌头中学党组织一直在各项工作中发挥领导和核心作用。目前全校有中共党员57人，大部分是学校骨干。党支部多年被评为各级“先进基层党组织”。
1991年，牌头中学第一届教职工代表大会召开，揭开了民主治校的新篇章。是年秋，牌头中学根据教育局的统一部署，开始实施“校长负责制”。学校重新确立“勤奋、求实、守纪、明礼”的校风，“爱国、勤学、励志、修身”的校训，“敬业、爱生、开拓、创新”的教风，“刻苦治学、加强基础、弘扬特长”的学风，原同文校歌为牌中校歌。
1986年和1996年学校前后两次隆重举行了百年和百十年校庆。先后有钱之光、王芳（公安部长）、薛驹（省长）、铁瑛（省人大主任）、李丰平（省人大主任）、李泽民（省委书记）等为学校题词，梁平波（省委副书记）和著名画家寿崇德还合作题画《百年树人》，以致庆贺。数百名新老校友济济一堂，畅叙心曲，同庆辉煌，共谋发展。
1996年学校被批准为省二级重点中学，2006年，学校又被批准为浙江省一级重点中学。
牌头中学通过几代人的努力，经过抗日烽火的洗礼和文革浩劫的磨难，在改革开放的流金岁月中终于重新在诸暨南乡崛起，以她一流的师资、一流的管理、一流的教育质量、现代化的教学设施，优美的校园环境而闻名诸暨，蜚声浙江，走向全国，为诸暨的教育史册添写了辉煌的一页。
