Физико-математический лицей находится в коммунальной собственности, учреждению более ста лет. За годы своего существования оно не раз меняло свой профиль, статус лицея был присвоен в только в 1990 году.

Лицей расположился в старинном трехэтажном особняке, построенном по проекту архитектора Б. Н. Корниенко, ранее принадлежавшем дочери купца Г. О. Гольберга баронессе А. С. Унгерн-Штенберг. После ее смерти здесь была открыта Торговая школа взаимного вспоможения приказчиков, а перед войной работала средняя школа № 37.

Во время отступления немцы взорвали захваченное здание, но жители города отстроили его по старому плану. По инициативе доцента Ю. В. Гендаля и члена-корреспондента Академии наук УССР, профессора ХГУ Н. И. Ахизеера в доме открыли первую в Харькове физико-математическую школу. Вначале в школе преподавали аспиранты факультетов ХГУ. Желающих поступить в спецшколу было очень много, в параллель могли входить до семи классов. После получения статуса лицея это одно из лучших учебных заведений Украины.

На деньги меценатов в физико-математическом лицее провели капитальный ремонт, но сразу после этого из-за возгорания проводки в кабинете физики случился пожар, в результате которого сильно пострадали два кабинета и зал славы. Деньги на ремонт выделили из бюджета города. Помещения лицея полностью восстановили. В качестве мер безопасности возле источника возгорания поставили пожарный кран. Учебный процесс был полностью возобновлен.

В Физико-математическом лицее № 27 одновременно проходят обучении почти 600 человек. Перед поступлением необходимо пройти подготовительные курсы, сдать экзамен и пройти собеседование. Претенденты приносят клятву лицеиста.

В учебном заведении открыты несколько кружков для всестороннего развития учащихся. Посещение кружков не обязательно, но многие ученики ходят по собственному желанию. Для юных спортсменов работают секции футбола, баскетбола, настольного тенниса и спортивного ориентирования. Помимо этого существует театральный кружок, занимательная математика, химия, физика, история, журналистика интернет.