Projekt rozpoczęcia budowy nowej szkoły w rejonie ulicy Zimnej Wody podjęto już w pierwszej dekadzie XX wieku. Na posiedzeniu Zarządu Miejskiego 19.09.1912r. udzielono zezwolenia na budowę szkoły oraz sali gimnastycznej. Prace rozpoczęły się 11.08.1913r., a planowany termin ukończenia budowy wyznaczono na październik 1915 roku. Budowę ukończono 21.09.1915r. Budynek mieścił 17 sal lekcyjnych, w których naukę miało podjąć 48 klas.
Uroczyste otwarcie nowej Szkoły Podstawowej nr XI, na którym obecne były władze miasta, nastąpiło 15.11.1915r. o godz. 10. Po II wojnie światowej, w maju 1949r. grupa obywateli miasta Gliwic zwróciła się do władz szkolnych o powołanie Towarzystwa Przyjaciół Dzieci. 1 września 1949r. rozpoczęła pracę Ogólnokształcąca Szkoła Towarzystwa Przyjaciół Dzieci stopnia podstawowego i licealnego. Dyrektorem szkoły został Bolesław Janicki, nauczyciel Państwowego Męskiego Liceum Ogólnokształcącego w Gliwicach, a zastępcą dyrektora nauczycielka Szkoły Podstawowej nr 8, Teofila Fidos. Jednocześnie władze szkolne mianowały 11 nauczycieli. Byli to: Bartoszewicz Józef, Brzezińska Stefania, Frisz Anna, Gwoździowska Łucja, Kisielewicz Kazimiera, Kontek Zygmunt, Pachulicz Danuta, Podstawska Helena, Sendel Tadeusz, Wójcik Marta, Zdobylak Maria.
Naukę rozpoczęło 755 uczniów, w tym 104 w Liceum Ogólnokształcącym. Pierwszy rok pracy szkoły obfitował w zmiany personalne na stanowiskach kierowniczych. I tak w październiku 1949r. Teofila Fidos zrezygnowała z funkcji zastępcy dyrektora szkoły, a na jej miejsce powołano Stefana Łabana, zaś w listopadzie po zakończeniu posiedzenia rady pedagogicznej zmarł, wskutek ataku serca, dyrektor Bolesław Janicki. W kwietniu 1950r. nowym dyrektorem został mgr Edward Mróz, a jego zastępcą Tadeusz Sendal. 12 lutego 1951r. mgr Edward Mróz przeniósł się do Warszawy i dyrektorem został mgr Alfons Zawada, który kierował szkołą do 1 lipca 1952r. Od sierpnia 1952r. do maja 1953r. obowiązki dyrektora pełniła Irena Denisiewicz, którą zastąpił Adam Warych. 16 września 1953r. władze szkolne powierzyły funkcję dyrektora mgr Jadwidze Fligierowej, która pełniła ją do 1972r. Od 1.09.1972r. do 31.08.1973r. dyrektorem była mgr Julia Kamińska, a w latach 1973 do 1981 mgr Józef Lazarowicz. W roku szkolnym 1981/82 szkołą kierował mgr Romuald Latta. Od roku 1982 do 1990 dyrektorem szkoły była mgr Maria Tyrek, a od 1990 do 2002 mgr Irena Trzcionka. Od 2002 roku obowiązki dyrektora szkoły pełni mgr Adam Sarkowicz.
W roku 1960 Ministerstwo Oświaty i Wychowania zatwierdziło nazwę szkoły w następującym brzmieniu: "Szkoła Podstawowa i Liceum Ogólnokształcące im. Edwarda Dembowskiego w Gliwicach". W roku szkolnym 1967/68 nastąpiło rozdzielenie szkoły podstawowej i liceum ogólnokształcącego, mimo, że pracowały w tym samym budynku. Od czerwca 1976 w budynku przy ul. Zimnej Wody 8 mieściło się już tylko I Liceum Ogólnokształcące im. Edwarda Dembowskiego.
Trzeciego września 2001r. nasza szkoła była miejscem inauguracji nowego roku szkolnego w Gliwicach. Decyzją władz miejskich w miejsce I Liceum Ogólnokształcącego utworzony został Zespół Szkół Ogólnokształcących nr 10, składający się z I Liceum Ogólnokształcącego i Gimnazjum nr 14.
W listopadzie 2005 roku szkoła otrzymała Certyfikat "Śląskiej Szkoły Jakości" przyznany przez Śląskiego Kuratora Oświaty. Dokument potwierdza, że nasz szkoła wdrożyła system zarządzania jakością i zapewniania jakości w obszarze kształcenie.
1 września 2008 roku w naszym gimnazjum otworzono pierwszą klasę dwujęzyczną z językiem angielskim jako językiem nauczania – powstało Gimnazjum z Oddziałami Dwujęzycznymi Nr 14.
Od 1 września 2009 roku w I LO działa klasa pre-IB przygotowująca do programu Matury Międzynarodowej.
W dniu 26 kwietnia 2010 roku szkoła otrzymała jako pierwsza szkoła publiczna w województwie śląskim Certyfikat Organizacji Międzynarodowej Matury (IBO) uprawniający do prowadzenia Diploma Programme.
Od 1 września 2010 roku w szkole rozpoczęto realizację 2 letniego programu Diploma Programme (Matura Międzynarodowa International Baccalaureate Organization – otrzymanie zgody Ministerstwa Edukacji Narodowej na utworzenie Oddziału Międzynarodowego).
20 lutego 2017 r. otrzymaliśmy autoryzację Organizacji Matury Międzynarodowej do prowadzenia programu Middle Years Programme.
Od 1 września 2017 r., ze względu na reformę systemu oświaty, szkoła została przekształcona ponownie w samodzielne liceum: I Liceum Ogólnokształcące Dwujęzyczne im. E. Dembowskiego. We wszystkich klasach wprowadzono nauczanie dwujęzyczne.
W 2019 roku nasze liceum obchodziło uroczystość 70-lecia swojej działalności.
W kwietniu 2021 r. oddano do użytku nową halę i boiska ze sztuczną nawierzchnią a od 1 września 2021 r. rozpoczęto nauczanie w nowym budynku przedmiotów doświadczalnych.