L'Istituto fu fondato nel 1784 dal Granduca Pietro Leopoldo di Lorena, in accordo con l'Arcivescovo pisano Mons. Angelo Franceschi. Nell'Ottocento l'Istituto acquistò sempre maggiore importanza e nel 1808 fu dotato di un osservatorio meteorologico, poi ampliato con una sezione sismica, attivo fino al 1973. Agli inizi del Novecento prese nuovo impulso l'attività didattica. Nel secondo dopoguerra, la scuola media ebbe il riconoscimento legale dello Stato, esteso alcuni anni dopo anche al liceo, allora classico oggi scientifico.

L'Istituto conserva una collezione di strumenti didattici del laboratorio di Fisica della prima metà dell'Ottocento. Della collezione fanno parte anche modelli e preparati anatomici umani e animali, una raccolta mineralogica e una malacologica.