Notizie sulla scuola sono reperibili fin dal 1850, quando l’attuale Tommaseo, allora Scuola Borgo Nuovo, si trovava in locali privati in via dell’Arco. La costruzione dell’edificio di via dei Mille è avvenuta tra il 1874 e il 1877. Il progetto prevede un edificio di tre piani pensato per accogliere 38 classi di 60 alunni ciascuna in aule di 42 metri quadri, disimpegnate da gallerie, con ingressi maschili e femminili separati e alloggi di servizio per il personale. L’intitolazione, dapprima negata, a Niccolò Tommaseo (scrittore e patriota, 1802-1874), avviene nel 1882. Nell’anno scolastico 1902-03 la scuola annovera 31 classi e dispone di un patronato che fornisce oggetti a 368 allievi, assistenza educativa a 130, vestiti e calzature a 200. La scuola, priva di mensa, dal 1906 inizia a occuparsi della distribuzione della merenda grazie all’intervento del patronato, il quale permette inoltre nel 1914 di dar vita a lezioni all’aperto negli attigui giardini Cavour, dotando 300 alunni maschi di banco-zaino e 300 femmine di seggiolina portatile.
Usata come caserma e comando militare durante la Prima Guerra Mondiale, poi come sede del Comitato provinciale dell’Organizzazione Nazionale Balilla, la scuola funge da rifugio antiaereo nel corso della Seconda Guerra Mondiale, periodo in cui subisce gravi danni bellici che portano alla chiusura temporanea della scuola. Dopo la riapertura, nel 1963-64, la Tommaseo conta 1050 studenti e dispone di due succursali nella collina torinese, la don Bosco e la san Vito, cui si aggiungono altre aule in via Giolitti per ospitare le classi differenziali. Alla fine degli anni Settanta il numero di allievi iscritti presso la sede scende a poco più di 600, a causa dello spopolamento del centro cittadino. Altri restauri interessano l’edifico nel 1976, 1985 e 2006-07, il secondo del quale, più consistente, ha richiesto un temporaneo trasferimento delle lezioni presso la succursale d’Assisi, la Carducci, la media Mameli e il prefabbricato di piazza Chaves. Dalla Direzione didattica dipendono la elementare San Francesco d’Assisi in via Barolo 8 e la media Calvino in via Sant’Ottavio 7.

L'edificio, in muratura mista di tre piani fuori terra, che ospitava i locali della scuola Niccolò Tommaseo venne colpito dalle incursioni aeree dell'8 dicembre 1942 e 13 luglio 1943. I ventisei vani al terzo piano, dal lato di via San Massimo 37, furono semidistrutti da bombe dirompenti e incendiarie. I sedici locali e due palestre affacciate su via Andrea Provana, vennero gravemente sinistrate. Alla data dell'11 agosto 1944, i danni risultavano ripristinati.