โรงเรียนพญาเม็งรายเดิมชื่อโรงเรียนแม่เปาวิทยาคมเป็นโรงเรียนมัธยมศึกษากรมสามัญศึกษา  กระทรวงศึกษาธิการ ตั้งอยู่ที่บ้านสันสะลีก ตำบลแม่เปา อำเภอเทิง จังหวัดเชียงราย(ในขณะนั้น) ปัจจุบันตั้งอยู่ที่เลขที่ 159 หมู่ที่ 1 ตำบลเม็งราย อำเภอพญาเม็งราย จังหวัดเชียงราย มีเนื้อที่ทั้งหมด 82 ไร่ 27 ตารางวา เริ่มเปิดทำการสอนตั้งแต่วันที่ 2 มิถุนายน 2518 โดยมี นายนเรศ ฆารไสว  ครูใหญ่โรงเรียนบ้านสันสะลีก  มารักษาการในตำแหน่งครูใหญ่และได้รับความร่วมมือจากทางอำเภอ ได้จัดครูประถมศึกษาในท้องถิ่นมาช่วยสอนครั้งแรก จำนวน 4 คน เริ่มเปิดทำการสอนตั้งแต่วันที่ 2 มิถุนายน 2518 โดยมี นายนเรศ ฆารไสว  ครูใหญ่โรงเรียนบ้านสันสะลีก  มารักษาการในตำแหน่งครูใหญ่และได้รับความร่วมมือจากทางอำเภอ ได้จัดครูประถมศึกษาในท้องถิ่นมาช่วยสอนครั้งแรก จำนวน 4 คน 

       วันที่ 7 กรกฎาคม 2518 ได้ทำพิธีเปิดป้ายอาคารเรียนโรงเรียนแม่เปาวิทยาคม ซึ่งต่อมาในปีการศึกษา 2546 ได้ถือเอาวันนี้เป็นวันเกิดของโรงเรียน โดยใช้ชื่อว่า “วันเจ็ดกรกฎ” มีการวิ่งประเพณีคุ้มพญาขึ้นเป็นครั้งแรก วันที่ 1 ต.ค. 2518 กรมสามัญศึกษาได้แต่งตั้งให้ นายประสิทธิ์ สุทธิวารี มาดำรงตำแหน่งครูใหญ่ ต่อมากระทรวงมหาดไทย ได้ยกฐานะตำบลแม่เปา ตำบลแม่ต๋ำ และตำบลไม้ยา ขึ้นเป็นกิ่งอำเภอพญาเม็งราย โรงเรียนแม่เปาวิทยาคม จึงได้เปลี่ยนชื่อเป็นโรงเรียนพญาเม็งราย ตั้งแต่วันที่ 22 มิถุนายน 2524 เป็นต้นมา ปีการศึกษา 2526 โรงเรียนเข้าโครงการ โรงเรียนมัธยมเพื่อพัฒนาชนบท (ม.พ.ช. 2 รุ่นที่ 1) ปีการศึกษา 2531 โรงเรียนเข้าโครงการขยายโอกาสทางการศึกษาระดับมัธยมศึกษาตอนต้น (ค.อมต.สศ.)

• ปีการศึกษา 2532 เปิดสอนระดับมัธยมศึกษาตอนปลาย  
• ปีการศึกษา 2538 โรงเรียนเข้าโครงการโรงเรียนเพื่อพัฒนาคุณภาพชีวิตและสังคม (รพชส.)
• ปีการศึกษา 2546 กระทรวงศึกษาธิการยุบ กรมสามัญศึกษา สำนักงานคณะกรรมการการประถมศึกษาแห่งชาติ สำนักงานคณะกรรมการการศึกษาเอกชนรวมกัน เป็นสำนักงานการศึกษาขั้นพื้นฐาน โดยแบ่งออกเป็นเขตพื้นที่การศึกษา  ซึ่งโรงเรียนพญาเม็งรายได้สังกัด สำนักงานเขตพื้นที่การศึกษาเชียงราย เขต 4 ตั้งแต่วันที่ 7 กรกฎาคม 2546
• 23 กรกฎาคม 2553 สังกัดสำนักงานเขตพื้นที่การศึกษามัธยมศึกษาเขต  36 (เชียงราย – พะเยา) 
• 28 มกราคม 2564 สังกัดสำนักงานเขตพื้นที่การศึกษามัธยมศึกษาเชียงราย เป็นต้นมา