Sekolah Tinggi Segamat (STS) pada peringkat awalnya dikenali sebagai Government English School (G.E.S), kemudian dikenali sebagai Segamat Secondary English School dan Sekolah Menengah Inggeris Segamat. Sekolah ini diasaskan pada tahun 1914 yang bertempat di Jalan Abdullah, Segamat. Pada tahun 1926 bangunan utama kini dibina dan pelajar mula dipindahkan pada tahun 1930. Guru besar pertama Government English School ialah En. J.C. Mc. Heyzer dan penolong kanannya ialah En. V.A. Mathew dengan pelajarnya seramai 50 orang.
Pada tahun-tahun 1930an, dunia mengalami zaman kemelesetan ekonomi, namun usaha-usaha pembinaan bangunan baru sekolah tetap diteruskan. Pada ketika itu bangunan utama sekolah ini mengandungi 12 bilik darjah, sebuah kantin, dewan dan ruang pejabat telah dapat disiapkan. Pelajar telah mula dapat menggunakan bilik darjah di bangunan tersebut pada pertengahan tahun 1930. Para pelajar sekolah ini telah mengambil Peperiksaan Junior Cambridge pada tahun 1934 dan Peperiksaan Oversea Senior Cambridge (O.S.C) pada tahun 1935.
Pada zaman pendudukan Jepun di Tanah Melayu, sistem pendidikan di negara ini telah terganggu dan tidak terlepas juga kepada sekolah ini. Pada masa inilah buat pertama kalinya sekolah ini telah diletak dibawah pentadbiran seorang Guru Besar Bangsa Asia iaitu En. Gurdial Singh. Bahasa Jepun telah dijadikan sebagai bahasa pengantar di sekolah pada masa tersebut. Para pelajar diasuh dan diajar menyanyikan lagu-lagu Jepun. Bilangan pelajar di sekolah ini pada masa itu juga turut merosot sehinggakan padan besar sekolah ini telah dijadikan sebagai kawasan pertanian. Bangunan sekolah ini juga telah dijadikan sebagai Pusat Perkhidmatan Tentera Jepun.
Selepas perang, terdapat banyak perubahan dan bangunan baru telah didirikan untuk menempatkan pelajar seramai 400 orang dan bilangan pelajar semakin meningkat pada setiap tahun. Pelajar sekolah rendah ditempatkan di Berek Tentera British (di belakang Telekom Lama-Jalan Pawang). Pada tahun 1949, tentera British telah mendirikan 3 buah khemah di hadapan sekolah ini untuk dijadikan sebagai bilik-bilik darjah. Pada tahun 1953, 2 buah bangunan kayu di bina yang mengandungi 6 buah bilik darjah, sebuah kantin, bilik pengakap, ‘woodwork block’, sebuah gelanggang bulu tangkis, gelanggang bola keranjang, gelanggang bola tampar dan sebuah gelanggang tenis sebagai tambahan kepada bangunan utama. Blok kantin kemudian diubahsuai menjadi bilik makmal mengikut peredaran masa dan kini beroperasi sebagai bilik seni visual.
Pada tahun-tahun berikutnya, sistem pendidikan di negara ini menjadi semakin maju. Sekolah ini telah dipecahkan kepada dua sistem pentadbiran iaitu peringkat sekolah rendah dan peringkat sekolah menengah. Peringkat sekolah rendah dikenali sebagai Sekolah Bukit Hampar dengan En.See Kum Chin sebagai guru besarnya. Government English School iaitu sekolah ini pula telah menjadi sekolah menengah pada tahun 1958.
Perubahan masa telah memperlihatkan perkembangan dan pertambahan infrastruktur fizikal sekolah. Kemudahan-kemudahan ini ditambah dari masa ke masa selaras dengan perubahan dan permintaan. Beberapa bangunan tambahan telah didirikan dalam jangka masa ini. Pada tahun 1956, 2 buah makmal sains telah dibina. Dalam tahun 1969 beberapa bilik darjah telah digunakan sebagai bilik lukisan, bilik sains rumahtangga dan bilik perpustakaan. Pada tahun 1967, gelanggang bola keranjang yang baru telah didirikan. Projek membina sebuah dewan sekolah dan bilik rehat guru telah dimulakan pada lewat tahun 1971 dan pembinaan disiapkan pada tahun 1974.
Pembangunan fizikal sekolah ini diteruskan mengikut peredaran masa di mana pada tahun 1978 sebuah kantin sekolah baru dan beberapa blok untuk bilik darjah bagi menampung bilangan pelajar yang semakin meningkat pada setiap tahun. Pada tahun 2001, tambahan 2 buah bilik darjah dibina bersebelahan dewan sekolah manakala sebuah bangunan makmal komputer 2 tingkat pula dibina pada 3 November, 2004.
Sejak penubuhannya hingga kini sekolah ini telah ditadbirkan oleh seramai 25 orang pengetua bermula dengan En. J.C. Mcheyzer hinggalah sekarang di bawah pentadbiran Puan Rohaya binti Md. Zain. Sekolah Tinggi Segamat mempunyai 2 sesi persekolahan sebelumnya. Bilangan pelajarannya turut meningkat setiap tahun. Bilangan pelajar dari 50 orang telah meningkat kepada 1702 orang pelajar tahun 2005. Manakala bilangan gurunya dari seorang menjadi 96 orang.
Bermula tahun 2013, sesi persekolahan Sekolah Tinggi Segamat telah bertukar dari dua sesi kepada satu sesi.
Sambutan Jubli Perak telah diraihkan pada 15 September 1955 manakala Jublie Emas pada tahun 1976. Selaras dengan motto iaitu Sentiasa Maju sekolah ini juga terus berkembang sehingga mencapai kecemerlangan dalam pelbagai bidang.
