הישיבה בשמה 'הישיבה העירונית בר-אילן', נוסדה בשנת תשכ"ה[1] על ידי הרב פנחס וילמן. החל משנת תשל"ו עמד בראשה הרב אהרן גרז ובשנים אלה השתנה שמה ל'ישיבה תיכונית-מדעית בר-אילן'. בשנים תשס"ב ו-תשס"ג כיהן הרב דב וייסברד. החל משנת תשס"ד מכהן כראש הישיבה הרב בני פרל שייסד בה את הישיבה לאמנויות ובהמשך שונה שמה של הישיבה ל'ישיבה לאמנויות ולמדעים "בר-אילן" תל אביב'.
מאז היות הישיבה במבנה הנוכחי, היא חולקת בתחומה את בית הכנסת ביל"ו (שנחנך בעצמו בשנות ה-40 של המאה ה-20) - מניין אשכנזי הידוע בייחוד בזכות מקהלת החזנות שהופיעה בו בניצוחו של החזן שלמה רביץ[2]. בתחומי בית הכנסת מתקיימות שלוש התפילות של היום, והמניין הוא משותף לכל תלמידי הישיבה.
בתוך בית הכנסת, הקימה הישיבה חדר הנצחה לזכרו של סג"םאריאל בודה – בוגר הישיבה שנפצע מירי מחבלים בינואר 2005 ונפטר תשעה חודשים לאחר מכן.
תכנים ומאפיינים
הישיבה לאמנויות ולמדעים פועלת במתכונת אופיינית לישיבה תיכונית: שעות הבוקר מוקדשות ללימוד תורה ולאחר מכן נלמדים המקצועות הכלליים. נבדלותה בשתי מגמות הלימודים הנלמדות בה, זו לצד זו, החל מחטיבת הביניים ועד לבגרות: המגמה המדעית, הכוללת לימודים במדעי המחשב, פיזיקהוכימיה; ומגמת אמנות הכוללת לימודי מוזיקה ואמנות פלסטית.
בעשור הראשון של המאה ה-21 התאפיינה הישיבה גם בהישגים גבוהים ויוצאי דופן בזכאות לבגרות ובאיכות תעודת הבגרות של מסיימי הישיבה. למשל, מנתוני משרד החינוך, בשנת 2015 עמד שיעור זכאי תעודת בגרות בישיבה על 100% ושיעור המצטיינים עמד על 16.98%, מה שהעמיד את הישיבה במקום ה-10 ברשימת התיכונים הטובים בישראל[3].
