Το ΠΣΠΑ αποτελεί την υλοποίηση της πρότασης που διατύπωσε το 1925 ο καθηγητής της Παιδαγωγικής Νικόλαος Εξαρχόπουλος για ίδρυση πειραματικού σχολείου στο Πανεπιστήμιο Αθηνών. Ιδρύθηκε το 1929 με τον Νόμο 4376 «Περί ιδρύσεως Πειραματικών σχολείων εν τοις Πανεπιστημίοις Αθηνών και Θεσσαλονίκης», με σκοπό τη θεωρητική και πρακτική παιδαγωγική μόρφωση των καθηγητών της Μέσης Εκπαίδευσης, την προαγωγή της Παιδαγωγικής επιστήμης και την πρακτική παιδαγωγική κατάρτιση των μετεκπαιδευόμενων στο Πανεπιστήμιο δημοδιδασκάλων.
Στεγάστηκε στο νεότευκτο διδακτήριο «Σωκράτης», επί της συμβολής των οδών Σκουφά και Λυκαβηττού, το οποίο είχε αποπερατωθεί το 1929,προοριζόμενο για τη στέγαση δύο τετραταξίων γυμνασίων. Εγκαινίασε τη λειτουργία του το ίδιο έτος (Διάταγμα 8/29 Οκτωβρίου 1929) με τις τρεις κατώτερες τάξεις του Δημοτικού (85 μαθητές) και τις δύο κατώτερες τάξεις του Γυμνασίου (60 μαθητές).
Το Πειραματικό Σχολείο αποτελείτο από ένα εξαθέσιο, ένα μονοθέσιο δημοτικό και το γυμνάσιο αρρένων. Ο διευθυντής του είχε τον βαθμό του Γενικού Επιθεωρητού, καθώς το σχολείο αποτελούσε αυτόνομη Γενική Επιθεώρηση. Πρώτος επόπτης του σχολείου διετέλεσε ο Νικόλαος Εξαρχόπουλος και πρώτος διευθυντής του ο Νικόλαος Παλαιολόγος.
Η αρχική φυσιογνωμία και οι σκοποί του ΠΣΠΑ.
Το σχολείο είχε έναν ιδιαίτερο χαρακτήρα συγκριτικά με τα άλλα σχολεία της εποχής, τόσο ως προς τη λειτουργία του (ενιαία διεύθυνση δημοτικού –γυμνασίου) όσο και ως προς την αγωγή που προσέφερε στους μαθητές του,με κυριότερα χαρακτηριστικά την καλλιέργεια οικογενειακής ατμόσφαιρας στις σχέσεις μαθητών δασκάλων, τη γνώση της ψυχοσωματικής υπόστασης των μαθητών, τη φροντίδα για την κοινωνική εξέλιξη κάθε παιδιού και εφήβου και, τέλος, την ελευθερία έκφρασης και την αυτενέργεια των μαθητών κατά τη διδασκαλία.
Στο Πειραματικό γινόταν παρακολούθηση τόσο της σωματικής (σωματικές μετρήσεις) όσο και της νοητικής κατάστασης (μετρήσεις βαθμού νοημοσύνης,αναλυτικά ψυχογραφήματα) των μαθητών. Κάθε μαθητής του σχολείου διέθετε ατομικό φάκελο, στον οποίο φυλάσσονταν όλα τα σχετικά με αυτόν στοιχεία (δελτίο υγείας, ελεύθερα κείμενα- εκθέσεις του, πληροφορίες για τον μαθητή που κατέθεταν οι γονείς του, απαντήσεις σε ερωτηματολόγια, εργασίες, επιστολές κ.ά.) Επίσης από το 1930 οργανώθηκε ο –πρωτοποριακός για την εποχή- θεσμός των μαθητικών κοινοτήτων των τάξεων.
Το σχολείο λειτουργούσε και το απόγευμα για τους μαθητές των δύο μεγαλύτερων τάξεων του δημοτικού και όλων των τάξεων του γυμνασίου. Στη διάρκεια της απογευματινής λειτουργίας, ο μαθητής μπορούσε να επιλέξει ελεύθερα, σε συνεννόηση με τους διδάσκοντες, την ενασχόλησή του με εργασία ή συζήτηση με θέμα του ενδιαφέροντός του, μελέτη στη Βιβλιοθήκη, εργασία στα σχολικά εργαστήρια ή στον σχολικό κήπο.
Το 1933 ξεκίνησε η έκδοση των επιστημονικών «Δημοσιευμάτων» του Πειραματικού Σχολείου, ενώ το 1950 ξεκίνησε η έκδοση του μαθητικού περιοδικού «Η Φωνή του Πειραματικού».
Το 1938 ενοικιάστηκε οικία στην οδό Σκουφά 42, στην οποία στεγάστηκαν η πέμπτη και η έκτη τάξη του πολυθέσιου δημοτικού, ο σχολικός κινηματογράφος και η Γραμματεία της Μετεκπαίδευσης.
Κατά τη διάρκεια του ελληνοϊταλικού πολέμου και της Κατοχής, το κτίριο επιτάχθηκε αρχικά από την Υπηρεσία Παθητικής Αεράμυνας (το ισόγειό του μετατράπηκε σε καταφύγιο) και στη συνέχεια από τα γερμανικά στρατεύματα μέχρι την απελευθέρωση της Αθήνας, στις 12 Οκτωβρίου 1944. Οι ζημιές στο κτίριο υπήρξαν μεγάλες και πολλά από τα πολύτιμα έπιπλα και τα όργανα του Εργαστηρίου χημείας χάθηκαν. Κατά τη διάρκεια των ετών 1940-1947 τα μαθήματα του σχολείου γίνονταν στο παράρτημα της Σκουφά 42, αλλά και στον ναό του Αγίου Διονυσίου και σε άλλες αίθουσες που παραχωρήθηκαν από γονείς μαθητών.
Η λειτουργία του σχολείου στο κτίριο της Σκουφά 43 αποκαταστάθηκε το 1947. Το 1952-53 ανοικοδομήθηκαν εκ θεμελίων η κατεστραμμένη με δυναμίτιδα από τους Γερμανούς αίθουσα του Εργαστηρίου Φυσικής και Χημείας καθώς και το αμφιθέατρο.
Από το 1976-77, παράλληλα με το τμήμα Αρρένων, λειτούργησε και τμήμα Μεικτό, κι έτσι έγιναν δεκτά τα πρώτα κορίτσια στο σχολείο.
Το 1982,όταν καταργήθηκε ο θεσμός των Επιθεωρήσεων, το Πειραματικό Σχολείο υπήχθη στη Διεύθυνση Δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης Αθηνών και η σχέση του με το Πανεπιστήμιο αδράνησε. Το ενιαίο Πειραματικό Σχολείο καταργήθηκε από το σχολικό έτος 1986-1987, όταν τα δημοτικά αποσπάστηκαν από το Σχολείο, υπήχθησαν στη Διεύθυνση Πρωτοβάθμιας Εκπαίδευσης και ορίστηκε δάσκαλος ως διευθυντής.
