Ra đời trong hoàn cảnh kinh tế còn nhiều khó khăn, song với nhiệm vụ chính trị là phải xây dựng môi trường học tập đáp ứng yêu cầu nâng cao dân trí cho đồng bào các dân tộc vùng ATK năm xưa, năm 1987, Trường THPT Bình Yên được thành lập. Vừa đáp ứng yêu cầu dạy tốt, học tốt, vừa thực hành nghề và hướng nghiệp cho học sinh, bằng sự tâm huyết với nghề, các thế hệ cán bộ, giáo viên Nhà trường đã tạo dựng nơi đây trở thành chiếc nôi đào tạo uy tín, chất lượng giữa trung tâm Thủ đô kháng chiến ATK Định Hóa năm xưa.
Vào những năm 1980 thế kỷ trước, toàn vùng núi rừng rộng lớn An toàn khu huyện Định Hóa chỉ có duy nhất một trường cấp ba (THPT), nên việc đến trường học và giữ chân học sinh theo học hết cấp phổ thông là rất khó khăn. Để từng bước khắc phục khó khăn trong việc thu hút học sinh đến trường, cũng như đáp ứng nhu cầu học tập của nhân dân, huyện Định hóa cùng với lãnh đạo ngành Giáo dục đã tiến hành khảo sát các xã vùng trung tâm ATK năm xưa (phía Nam huyện Định Hóa) để mở thêm cơ sở dạy học bậc THPT. Năm 1985, các thầy, cô giáo Trường Cấp III huyện cùng chính quyền và nhân dân các xã: Bình Yên, Thanh Định, Trung Lương, Bình Thành, Sơn Phú, Điềm Mặc, Phú Đình, Định Biên đã chung tay dựng lên 9 căn nhà tranh vách đất 3 gian làm lớp học ngay tại xã Bình Yên. Vừa dựng lớp học, vừa đi vận động học sinh trong độ tuổi đến lớp, các thầy, cô giáo cùng học sinh và nhân đân địa phương chủ động tăng gia sản xuất lương thực để cải thiện đời sống, duy trì lớp học. Ngày 7-11-1987, tại cơ sở hai của Trường cấp III huyện, ngôi trường mới chính thức được thành lập với tên gọi Trường Phổ thông trung học Kỹ thuật Định Hóa, tiền thân của Trường THPT Bình Yên hôm nay.
Khác với mô hình trường THPT, Trường Phổ thông trung học Kỹ thuật Định Hóa là mô hình giáo dục vừa học văn hóa, vừa học hướng nghiệp các nghề tiểu thủ công nghiệp, nông, lâm nghiệp. Một mái trường non trẻ, ra đời trong hoàn cảnh kinh tế đất nước và địa phương còn rất nhều khó khăn, chính là thử thách lớn đối với Nhà trường. Với quyết tâm chính trị, sự tâm huyết với nghề, nhất là mục tiêu chăm lo cho sự nghiệp trồng người giữa trung tâm Thủ đô Gió ngàn năm xưa, tập thể hội đồng giáo dục cùng chính quyền địa phương đã chung sức quyết tâm xây dựng cơ sở giáo dục phát triển. Sau mỗi buổi lên lớp, các thầy, cô giáo lại cùng nhân dân địa phương và học sinh tham gia trồng rừng, vừa là phủ xanh, đất trống đồi trọc, vừa tham gia chương trình lâm nghiệm (PAM 3352) để kết hợp thực hành và nhận lương thực theo dự án để đảm bảo đời sống cán bộ, giáo viên, nhân viên trong Trường. Với diện tích khuôn viên trên 1ha, Nhà trường đã thiết kế vườn ươm giống chè cành, khu nhà xưởng làm nấm, dệt mành cọ…do chính các em học sinh trực tiếp thực hiện dưới sự hướng dẫn của giáo viên. Chính từ phương châm giáo dục: Học đi đôi với thực hành, đồng thời vừa để có thêm nguồn kinh phí hỗ trợ cho hoạt động dạy và học, tăng cường cơ sở vật chất đã tạo sức thu hút tốt với học sinh và nhân dân địa phương. Đến năm 1992, Trường Phổ thông Cơ sở Bình Yên được sáp nhập vào, quy mô lúc này của Trường Phổ thông trung học Kỹ thuật Định Hóa được mở rộng hơn và từng bức được kiên cố hóa các lớp học, nhà hiệu bộ, phòng làm việc của các tổ bộ môn. Từ chỗ chỉ có vài chục học sinh, đến năm học 1994-1995, số lượng đã tăng lên trên 200 học sinh và tăng dần theo các năm.
Năm 2001, Trường chính thức được đổi tên thành Trường THPT Bình Yên, đồng thời được mở rông quy mô đầu tư phát triển theo mô hình có lớp học nội trú cho học sinh vùng đặc biệt khó khăn, vùng ATK trong trường phổ thông. Lúc này Nhà trường đồng thời thực hiện hai nhiệm vụ, vừa dạy học học sinh phổ thông, vừa chăm lo giáo dục, rèn luyện, bồi dưỡng nguồn nhân lực là học sinh nội trú con em đồng bào các dân tộc thiểu số vùng sâu, vùng xa và các xã ATK. Năm học 2003-2004, Trường chính thức tuyển học sinh nội trú với 29 em học lớp 6. Từ đó, đến nay, số học sinh của trường liên tục tăng lên, đồng thời cơ sở vật chất cũng được tăng cường ngày càng khang trang, từng bước đáp ứng quá trình phát triển của Trường. Năm học 2016-2017, Trường có gần 1.200 học sinh, trong đó có trên 200 học sinh nội trú. Song song với việc đáp ứng về cơ sở vật chất, quy mô đào tạo, chất lương dạy và học của Trường cũng ngày càng nâng lên, tạo niềm tin với nhân dân các dân tộc trong vùng. Toàn Trường hiện có 72 giáo viên đứng lớp, trong đó có trên 30% giáo viên đạt trên chuẩn bậc THPT và gần 100% giáo viên bậc THCS đạt trên chuẩn. Chất lượng học sinh cũng ngày càng được nâng lên, tỷ lệ học sinh tốt nghiệp luôn đạt từ 95-98% những năm gần đây, đặc biệt, Nhà trường đã có 18 giải Quốc gia tại các kỳ thi học sinh giỏi Toán, Vật lý, thi viết về Môi trường… Nhà trường hàng năm luôn hoàn thành xuất sắc nhiệm vụ, đặc biệt từ năm 2012 trở lại đây, Trường đã được Bộ GDĐT tặng cờ thi đua, các bộ ngành Trung ương, UBND tỉnh và Thủ tướng Chính phủ tặng Bằng khen. Với những thành tích đó, năm 2011 Trường đã vinh dự được đón Bằng công nhận đạt chuẩn Quốc gia và năm 2017,Trường tiếp tục vinh dự được công nhận đạt chuẩn Quốc gia lần 2.
30 năm trôi qua, đã có hơn 4.000 lượt học sinh trưởng thành từ mái trường thân thương này. Truyền thống đại đoàn kết, nỗ lực vượt khó và phát huy bản sắc văn hóa các dân tộc như sợi dây kết nối bền chặt giữa lịch sử với hiện tại và tương lai, góp phần tạo nên tình cảm đặc biệt của các thế hệ giáo viên, học sinh dưới ngôi trường có tên gọi trìu mến-“Mái ấm Bình Yên giữa thủ đô Gió Ngàn”.