光緒二十三年（1897年）秋，直隸總督王文韶為推動直隸教育維新，上奏清廷，準于省會保定創建畿輔大學堂。第二年春，清苑知縣勞乃宣于西關外靈雨寺行宮籌辦開學。這是保定第一所新式大學堂，開直隸高等新式教育之先河，也是中國首批創建的高等學府之一，與京師大學堂同年創辦。

為辦好大學堂，王文韶、勞乃宣草擬了《畿輔大學堂章程》，對辦學總綱、課程設置、入學條件、聘用教習、經費等，都有詳細規定。光緒二十四年《直隸總督王文韶奏折》說：“學堂正課經史之外，參以皇朝三通會典通禮律例，近代名臣奏議，中外通商條約，及西國史志輿圖公法刑律官制學校工農兵商諸政書。延聘學識純正、縱貫本末之儒，為之講授大義，稽究得失。其算學乃六藝一端，為格致諸學所從出；文字亦方言支裔，為通譯西學之本根。于正課外，立算學、西文二門，延請京滬同文方言館藝學已成者二人，分教英、法言語文字，并中西圖算。”從課程設置看，引入科學，中外兼習，較書院前進了一大步。　　光緒二十六年（1900年），法德英意四國聯軍侵入保定，焚毀了靈雨寺，已有一定規模和辦學經驗的畿輔大學堂破壞殆盡。

袁世凱任直隸總督后，改原畿輔大學堂為直隸高等學堂，亦稱保定大學堂。在毀壞的基礎上進行重建，1902年4月，直隸高等學堂正式開學。美國教育家丁家立受袁世凱委任擔當直隸高等學堂總教習，并將該學堂建為天津的北洋大學堂預備學堂。

據當年在此讀書的學生薛允中回憶：1905年8月，他們從廣平府（永年縣）來到省城保定，同級學生500人，分10個班上課?！爸彪`高等學堂校址在保定城外西南隅，校舍建筑巍峨壯觀，瀕臨河曲，遠隔鬧市。亭臺樓榭，散布其間，河水支流繞穿校內曲折而出。環境清幽，人跡罕至，誠為育才講學勝地。該校監督為王景禧，翰林出身。下設齋務、學監，及其他職員多人。中文教務長為清末科狀元劉春霖；西文教務長為新自英倫歸國之吳烓靈，外有總教習丁家立，往來于津、保北洋大學及本校之間，不時在校小住?！敝形恼n程為國文、倫理、經學、論理各科，由中國教員任教；西文課程為英文、數學、史地、理化等科，由外國教員分擔，課本購自國外之英文原版。

學校重視體育運動，光緒三十一年（1905年）元月，《教育雜志》第一期刊登《保定高等學堂創始運動會章程》，其中規定，保定高等學堂為運動會創始者，并主持每年3、9月舉辦的兩次省城運動會，各學堂報名參加，設銀件獎品3種，跳高得銀虎，跑快得銀馬，踢球得銀獅。得此彩者攜回本堂，以示光耀，交學校監督（校長）收存，待下次比賽交回。1911年長辮子學生比賽照片刊登在英國報紙上。

1913年，直隸高等學堂撤銷，并入天津的北洋大學。直隸高等學堂的監督、總教習，除丁家立這樣的外籍教育家，均為國內著名文化學者、教育家，如王景禧，曾為翰林院編修；劉春霖，清代末科狀元；張伯苓，南開中學、南開大學創始人，等等。學生，也是集天下英才，如后來成為清華大學校長的梅貽琦，就是從畿輔大學堂走出的。