โรงเรียนท่าหลวงวิทยานุกูลตั้งอยู่หมู่ที่ 10 ตำบลท่าหลวง อำเภอท่าเรือ จังหวัดพระนครศรีอยุธยา บนพื้นที่ 26 ไร่เดิมเป็นโรงเรียนราษฎร์ ประเภทโรงเรียนมัธยมศึกษาวิสามัญ อยู่ในความอุปการะของวัดไก่จ้น ก่อตั้งเมื่อ พ.ศ.2499 โดย เจ้าอธิการเภา เจ้าอาวาสวัดไก่จ้นร่วมกับราษฎรในตำบลท่าหลวง ตำบลจำปา และตำบลหนองขนาก ได้ร่วมกันดำเนินการสร้างโรงเรียนบนที่ดินของวัดไก่จ้น โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อสนองความต้องการทางการศึกษาของประชาชนในตำบลท่าหลวงและตำบลใกล้เคียง ที่จะบรรเทาความเดือดร้อนในการที่บุตรหลานจะต้องเดินทางในระยะทางที่ไกลและลำบากมากเพื่อเรียนต่อในระดับมัธยมศึกษา เปิดทำการสอนตั้งแต่ชั้นประถมศึกษาปีที่ 5 ถึงชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 3 ทั้งนี้ วัดไก่จ้นได้มอบหมายให้ นายทองหล่อ เฟื่องอารมณ์ ผู้ใหญ่บ้านและรักษาการแทนกำนันตำบลไก่จ้น เป็นเจ้าของโรงเรียนแทน

           ในเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ.2499 ได้เริ่มก่อสร้างอาคารเรียนหลังแรก โดยทำพิธีวางศิลาฤกษ์เมื่อวันที่ 10 มีนาคม พ.ศ.2499 โดยมี พระกิตติญาณมุนี เจ้าคณะตรวจการผู้ช่วยภาค 1 เป็นประธาน ก่อสร้างแล้วเสร็จในเดือนพฤศจิกายน พ.ศ.2500 สร้างในที่ดินของกรมชลประทาน เนื้อที่ 21 ไร่ 1 งาน และที่ดินของวัดไก่จ้นอีกส่วนหนึ่ง รวมที่ดินทั้งสิ้น 26 ไร่ ค่าก่อสร้างคิดเป็นเงินรวมทั้งสิ้น 300,000 บาท ซึ่งเป็นเงินบริจาคของประชาชนจำนวน 165,000 บาท เงิน ก.ศ.ส. จำนวน 135,000 บาท

           นับแต่โรงเรียนท่าหลวงวิทยานุกูลได้เปิดทำการสอนมา ตั้งแต่ปี พ.ศ.2499 โรงเรียนได้พัฒนาคุณภาพการศึกษามาอย่างต่อเนื่อง และในปี พ.ศ.2507 กระทรวงศึกษาธิการได้รับรองวิทยฐานะเทียบเท่าโรงเรียนรัฐบาล ครั้นต่อมา ในช่วงปี พ.ศ.2511 เป็นต้นมา โรงเรียนประสบปัญหาขาดครูสอน เนื่องจากครูที่สอนอยู่มักจะสอบบรรจุเข้ารับราชการเป็นข้าราชการครูได้อยู่บ่อย ๆ โดยเฉพาะในปี 2511 มีครูสอบได้ถึง 4 คน คณะกรรมการศึกษาของโรงเรียน ประกอบด้วย พระครูวรดิตถ์คณารักษ์ เจ้าอาวาสวัดไก่จ้นและเจ้าคณะอำเภอท่าเรือ และพระอธิการสุนทร สุนทโร พร้อมด้วยประชาชนตำบลท่าหลวงจึงได้ปรึกษาหารือกัน เห็นว่าหากยกโรงเรียนให้เป็นโรงเรียนรัฐบาล ก็จะทำให้โรงเรียนมีอัตรากำลังข้าราชการครูและสามารถจัดการเรียนการสอนให้แก่กุลบุตรกุลธิดาในตำบลท่าหลวงและพื้นที่ใกล้เคียงได้ต่อไป และสามารถพัฒนาโรงเรียนให้เจริญยิ่งขึ้น คณะกรรมการศึกษาจึงมีมติยกโรงเรียนท่าหลวงวิทยานุกูลให้เป็นโรงเรียนของรัฐบาล

           วันที่ 15 พฤษภาคม พ.ศ.2516 คณะรัฐมนตรีได้อนุมัติให้กระทรวงศึกษาธิการรับมอบกิจการของโรงเรียนท่าหลวงวิทยานุกูลเป็นโรงเรียนรัฐบาล และให้สังกัดกองการประถมศึกษา กรมสามัญศึกษา เปิดทำการสอนระดับชั้นประถมศึกษาตอนปลาย (ประถมศึกษาปีที่ 5 ถึงประถมศึกษาปีที่ 7) ตั้งแต่ปีการศึกษา 2516 เป็นต้นมา โดยมี นายสมาน จันทรมิตรี ศึกษาธิการจังหวัดพระนครศรีอยุธยา เป็นประธานรับมอบโรงเรียนเมื่อวันที่ 23 กรกฎาคม พ.ศ.2516
 
           ครั้นต่อมา ในปี พ.ศ.2518 กระทรวงศึกษาธิการมีนโยบายจะขยายการศึกษาให้เยาวชนได้ศึกษาต่อในระดับมัธยมศึกษา โดยพิจารณาจากโรงเรียนประถมศึกษาในแต่ละพื้นที่ที่มีศักยภาพปรับเปลี่ยนเป็นโรงเรียนมัธยมศึกษา โรงเรียนท่าหลวงวิทยานุกูลเป็นหนึ่งในโรงเรียนดังกล่าวที่ได้รับการพิจารณา ทั้งนี้ เพราะโรงเรียนท่าหลวงวิทยานุกูลได้เคยจัดการเรียนการสอนในระดับมัธยมศึกษามาแล้วตั้งแต่สมัยเป็นโรงเรียนราษฎร์ กระทรวง ศึกษาธิการจึงได้สั่งยุบเลิกโรงเรียนท่าหลวงวิทยานุกูล สังกัดกองการประถมศึกษา และให้โอนไปสังกัดกองการมัธยมศึกษา กรมสามัญศึกษา จัดเป็นโรงเรียนสหศึกษา เปิดทำการสอนระดับมัธยมศึกษาตอนต้นตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา โดยใช้ชื่อ “โรงเรียนท่าหลวงวิทยานุกูล” ตามเดิม ตามที่โรงเรียนท่าหลวงวิทยานุกูล วัดไก่จ้น และผู้อุปการะโรงเรียนได้เสนอให้ใช้ชื่อว่า “โรงเรียนท่าหลวงวิทยานุกูล” เช่นเดิม ด้วยเหตุผลที่ว่า เป็นชื่อที่มีความหมายว่าชาวท่าหลวงเป็นผู้ให้กำเนิดและเป็นผู้อุปถัมภ์โรงเรียนหลังนี้ สมตามความมุ่งหมายที่ได้ร่วมใจกันก่อตั้งขึ้น จึงควรฝากชื่อนี้ไว้เป็นอนุสรณ์ อีกทั้งชื่อเดิมนี้จะทำให้ศิษย์เก่าเกิดความรู้สึกชื่นชมยินดีและเป็นอันหนึ่งอันเดียวกันกับนักเรียนรุ่นใหม่ได้สนิทสนมกัน ทั้งจะเป็นกำลังช่วยเหลือโรงเรียนต่อไปในอนาคต

           ปัจจุบันโรงเรียนท่าหลวงวิทยานุกูล เปิดทำการสอนแบบสหศึกษา แบ่งเป็น 2 ระดับ คือ ระดับชั้นมัธยมศึกษาตอนต้นและชั้นมัธยมศึกษาตอนปลาย