Gmach szkoły zaprojektował w stylu neogotyckim i kierował jego budową architekt Fust. Budowa trwała od sierpnia 1901 do kwietnia 1903 roku, poświęcenie budynku odbyło się 16 kwietnia tego roku. Na placu o powierzchni ok. 12000 metrów kwadratowych znalazł się budynek główny z przybudówkami na mieszkania dyrektora i woźnego, stojąca oddzielnie sala gimnastyczna, wówczas żwirowane boisko oraz ogródek botaniczny. W głównym budynku duża, o powierzchni 326 metrów kwadratowych, aula, z ołtarzem i emporą z (już nie istniejącymi) organami. W latach 1903-1919 działało tu niemieckie gimnazjum pod nazwą "Konigliches Auguste – Victoria – Gymnasium" pomyślane jako ważne narzędzie germanizacji.
Szkoła w latach 1919 – 1939
Proces przechodzenia szkoły w ręce polskie zaznaczył się już w początkach 1919 roku. 1 kwietnia 1919 roku Komisariat Naczelnej Rady Ludowej w Poznaniu mianował dyrektorem szkoły – profesora Antoniego Borzuckiego, a szkoła otrzymała nazwę: "Państwowe Gimnazjum im. Karola Marcinkowskiego". Inauguracja pierwszego roku szkolnego w polskiej szkole odbyła się 1 maja 1919 roku, a w grudniu odbyły się pierwsze egzaminy dojrzałości. Do końca roku 1920 odeszli ze szkoły nauczyciele i uczniowie – Niemcy.
W grudniu 1923 roku powstało Towarzystwo Przyjaciół Gimnazjum im. Karola Marcinkowskiego, w roku 1929 zbudowano w auli scenę przeznaczoną dla teatru szkolnego. Podczas Powszechnej Wystawy Krajowej w roku 1929 wystawiały tam sztuki teatry szkolne z całej Polski. W tym samym roku, 18 kwietnia, odsłonięto w hallu szkoły tablicę pamiątkową ku czci zmarłego w roku 1928 pierwszego jej dyrektora – Antoniego Borzuckiego. Tablica ta została zniszczona przez Niemców podczas Drugiej wojny światowej. Nauka w gimnazjum trwała osiem lat w dwóch typach klas: staroklasycznym, w którym w szerokim zakresie nauczano łaciny i greki, oraz w humanistycznym. W latach trzydziestych, w ramach reform jędrzejowiczowskich, nastąpiło przejście na naukę sześcioletnią w czteroletnim gimnazjum i dwuletnim liceum. Ostatnia matura w starym, ośmioletnim cyklu, zdawana była w roku 1938.
Do najpiękniejszych organizacji uczniowskich należały w dwudziestoleciu: 14 Poznańska Drużyna Harcerska im. Stanisława Żółkiewskiego działająca od początku lat dwudziestych, powstała w roku 1921 Sodalicja Mariańska i – od roku 1927 – Gimnazjalny Klub Sportowy osiągający w wielu sekcjach bardzo dobre wyniki sportowe.
Osobno trzeba odnotować czasopisma uczniowskie: "Orlęta" i "Myśl i Czyn". "Orlęta" ukazywały się nieprzerwanie od października 1928 roku, z nakładem – jak na gazetę szkolną – dużym, ok 1300 egzemplarzy, kolportowanym w całym kraju. Profil pisma był szeroki, a w publikacjach poświęcano dużą uwagę sprawom dla kraju najważniejszym, zwłaszcza stałemu zagrożeniu ze strony państw ościennych. W różnych okresach w skład zespołu redakcyjnego wchodzili również uczniowie innych poznańskich szkół.
"Myśl i Czyn" ukazała się w marcu 1933 roku i była prowadzona z dużym rozmachem przy stałych kontaktach z czasopismami pozostałych gimnazjów. W styczniu 1939 roku wyszedł jedyny numer "Błękitnej Czternastki", gazety wspólnej harcerzy i harcerek gimnazjów K.Marcinkowskiego i Generałowej Zamoyskiej.
Szkoła miała numer 780 i w latach 1919 do 1939 kształciła tylko chłopców. Osiągnęła wysoki poziom nauczania, rywalizując tu z Gimnazjum im. św. Marii Magdaleny. Od 1 września 1939 roku szkoła nie działała. Wielu jej profesorów i wychowanków brało udział w obronie kraju we wrześniu i w późniejszych walkach na frontach II wojny światowej, wielu było represjonowanych. Niepełna lista ofiar wojny i represji – również radzieckich – obejmuje dwunastu nauczycieli i osiemdziesięciu ośmiu wychowanków. Tablicę pamiątkową ku ich czci odsłonięto w hallu szkoły po wojnie, w kwietniu 1969 roku, przy okazji II Zjazdu Absolwentów szkoły.
Od roku 1945
Nauka w szkole została wznowiona 15 lutego 1945 roku, kiedy jeszcze trwały walki o cytadelę poznańską. Zajęcia odbywały się w szkolnych budynkach zastępczych przy ul. Jarochowskiego, Matejki, Mylnej i Różanej. Do własnego budynku, który do tego czasu był szpitalem wojskowym Armii Czerwonej, szkoła wróciła w grudniu tego roku. Był to trudny okres przez brak opału, podręczników i podstawowych pomocy, ogólne niedożywienie i konieczności odrabiania zaległości spowodowanych wojną. Pierwszym powojennym dyrektorem był dr Czesław Latawiec, a pierwszymi nauczycielami m.in. profesorowie : Agnieszka Duczkowa, Maria Mąkówna, Zofia Załęska, Józef Henke, ks. Arnold Nawaratil. 7 listopada 1946, w setną rocznicę śmierci patrona, szkole ufundowano sztandar.
Nauka odbywała się początkowo, ze zmodyfikowanym czasem nauczania, według systemu sprzed wojny – czterech klas gimnazjum i dwóch licealnych. Od początku lat pięćdziesiątych szkoła stała się czteroletnim liceum ogólnokształcącym z numerem I. W roku 1956 przyznano liceum status szkoły ćwiczeń Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu, w roku 1962 wprowadzono poszerzony program nauczania języka francuskiego, a od roku 1964 włączono liceum do Stowarzyszenia Szkół UNESCO, w którym – jako jedyne w Poznaniu – pozostaje do dziś.
We wrześniu 1967 roku liceum, dotąd męskie, zostało przekształcone w szkołę koedukacyjną. Pierwsze absolwentki opuściły szkołę w czerwcu 1971 roku. Już w pierwszej połowie lat siedemdziesiątych dziewczęta uzyskały procentową większość wśród uczniów i ta sytuacja utrzymuje się do dziś. Wyż demograficzny przyniósł w latach siedemdziesiątych wzrost liczby uczniów i w roku szkolnym 1973 – 74 w szkole było 1055 uczniów przy 28 oddziałach.
Od połowy lat siedemdziesiątych wprowadzono klasy sprofilowane – humanistyczne, matematyczno-fizyczne i biologiczno-chemiczne, a później klasy z poszerzonym programem nauczania języka angielskiego i niemieckiego. Od roku 1991 istnieje w liceum sekcja dwujęzyczna polsko-francuska, której absolwenci mogą pochwalić się doskonałą znajomością języka francuskiego. Pierwsze lata XXI wieku przyniosły kolejną reformę oświatową, która zmieniała dotychczasowe 4 letnie liceum w liceum trzyletnie. Od 2001 roku w budynku szkoły mieści się również Gimnazjum Dwujęzyczne (z j. francuskim). Gimnazjum nosi też imię Karola Marcinkowskiego. W ten sposób Marcinek nawiązał do przedwojennych tradycji i o szkole przy ul. Bukowskiej można znów powiedzieć: Gimnazjum i Liceum im. Karola Marcinkowskiego.
14 maja 2005 przed wejściem do budynku szkoły stanął posąg Patrona – dr Karola Marcinkowskiego.
