Природоматематическа гимназия „Гео Милев“ е наследник на първото класно девическо училище в Стара Загора, открито на 02.06.1863 година. Учебните занятия започват на 24.08(05.09).1863 година в сградата на Свети Николското училище. Негов създател и пръв директор е Анастасия Тошева – първата жена с висше образование в нашия град. Тя е била един от най-изявените педагози за онова време. Под нейното всеотдайно ръководство училището се утвърждава като един от първите центрове на девическо образование у нас през епохата на Възраждането. То дава на България десетки, много добре подготвени за своето време и с родолюбив дух учителки.
След Руско-турската война правителството на Източна Румелия взема решение и от 09.1881 година училището прераства в областна девическа гимназия – втората в Източна Румелия (другата е в Пловдив), а в България има общо 5 областни девически гимназии.
След Съединението 17.10.1885 година областната девическа гимназия се преименува в Старозагорска държавна девическа гимназия с директор Анастасия Тошева.
През 1892 година след дългогодишна и плодотворна педагогическа дейност, поради болест, Анастасия Тошева подава оставка и за директор е назначен видният старозагорски учител и общественик Атанас Илиев.
През 1951 – 1952 година е въведена поредната номерация на училищата в нашия град и училището се именува Второ средно училище „Гео Милев“. Поради закона за по-тясна връзка на училището с живота е наречено Второ средно политехническо училище „Гео Милев“.
През май 1963 година II СПТУ „Гео Милев“ отбелязва тържествено 100 годишнината от създаването на Девическото класно училище. За втори път нашата гимназия е наградена с орден „Кирил и Методий“ – I степен.
На 15.09.1971 година много тържествено е открита първата учебна година в МГ „Гео Милев“. Министерството на Народната просвета официално трансформира II СПТУ „Гео Милев“ в МГ „Гео Милев“ на 02.06.1972 година. На новата гимназия се възлага да подготви за растящите нужди на района нов тип кадри с комрютърна грамотност. Математиката се утвърждава като основна учебна дисциплина.
По-късно се разкриват паралелки по биология, химия и физика (в наши дни остава само биологията) и гимназията се преименува в ПМГ „Гео Милев“ през 1996 г.
През 2015 година се обновява сградата на училището, като тя е официално открита на 27.01.2016 г.
През 2016 г., училището получава още едно „П“, ставайки Профилирана природоматематичекса гимназия „Гео Милев“
През 2022 година училището празнува своята 50 годишнина с тържество в сградата на Старозагорската опера
Изключителна личност с визионерско съзнание, достойна и необятна, отдадена на науката и образованието – д-р Дойчев е епоха в живота на Профилирана природоматематическа гимназия „Гео Милев“. Човек, държащ ключа към олимпийските успехи и с всеотдайност го дарява на своите възпитаници. Любов към това, което правиш – това е формулата, чрез която д-р Светлозар Дойчев заема своето неоспоримо място в душата на всеки, докоснал се до изключителното му присъствие в света! Залата е попълнена с дарение от неговата лична библиотека, а вече се ползва и за награждавания!