中西女中的前身是中西女塾，由美國基督教監理會創辦於1892年，舊址設在今黃浦區漢口路西藏中路口。英文名稱McTyeire School得名於南方衛理公會的墨梯（Holland McTyeire）主教。中西女塾的創辦人是美國衛理會駐滬傳教士林樂知，首任校長是海淑德(Laura Haygood)。1917年，中西女塾因學生漸多，校捨不敷使用，便購買滬西憶定盤路（今江蘇路）11號奚某的私人住宅經家花園38萬平方英尺的土地，當時主要利用一幢四層住宅作教學用房，此四層住宅在1935年景蓮堂落成後，一直使用到1938年纔被拆除。1930年，學校改名為中西女中，取意培養亦中亦西的通纔。太平洋戰爭後，該校於1943年曾被日寇強佔，改作陸軍醫院，校捨被迫遷往海格路英國女子中學（今華山路中福會兒童藝術劇團）。1945年8月抗戰勝利，學校遷回江蘇路校捨。1950年底，美國教師全部離校回國，中西女中從此擺脫了美國教會的控制。1952年，中西女中和創辦於1881年的聖瑪利亞女中合並改為上海市第三女子中學。『文革』期間改名為『上海市第三中學』，兼收男女學生，1981年恢復女中建制，恢復『上海市第三女子中學』的校名。雖然幾度並改，歷經磨礪，然而學校的文化積淀日益深厚，歷史底蘊漸趨豐裕。

　　前國家名譽主席宋慶齡及其同胞姐妹宋藹齡、宋美齡都曾就讀該校。中西女中培養了數以萬計的符合國家建設和社會發展需要的女子人纔，她們在各行各業作出了顯著的成績，其中傑出的代表人物有：教育家俞慶棠、外交家龔澎、中科院院士黃量、企業家榮漱仁、文學家張愛玲、藝術家顧聖嬰等。

　　中西女中景蓮堂現為市三女中五四樓，建於1935年，是基督教美國監理會利用在漢口路、西藏路原中西女塾舊址上出租給揚子公司建造揚子飯店的15萬圓租金建造的。建築平面為倒『T』字形，四層鋼筋混凝土結構，屬哥特式美國學院風格。景蓮堂由匈牙利建築師鄔達克（Ladislans Edward Hudec）設計，主體部分立面為三層，尚有一層為頂層，立面簡潔朴素，牆面為水泥砂漿仿石飾面，雙坡硬山瓦屋頂，屋面開有中間三個、兩邊四個三坡老虎窗，由沿溝落水。兩側的教師辦公用房系三層平頂建築，女兒牆呈城堡式。建築面積為4.9萬平方英尺，北側一層為磚木結構大禮堂，有1192個座位。景蓮堂主入口設在南面正中，為兩層樓高的平緩尖券門廳，內含葉狀連券裝飾，有三個彩色尖券玻璃窗，門廳內裝有豪華吊燈。進門廳可直接進入一層大禮堂，禮堂內裝有豪華吊燈，正前方為舞臺，禮堂兩側均為尖券式彩色玻璃窗。門廳的東西兩側為走廊，教室分布在走廊的南北兩側，每間教室采光都很充足。

　　五一樓建於1922年，位於五四樓的東側，建築面積為8.8萬平方英尺。當初這幢建築是美國基督教南衛理公會的女教徒以及中西女中的師生募捐建造的宿捨樓，可容納450名住宿生。這幢大樓呈馬蹄形，南北對稱，建築風格和五四樓十分相似。底樓正中是小禮堂，當時被稱為『海涵堂』。禮堂左右兩邊是走廊，分別通向宿捨區的樓梯。十根白色的水泥柱子牢牢地支橕著走廊的屋頂，柱子和柱子間形成的門洞和五四樓的門洞風格完全一致，是柔和優美的弧線托起的尖頂。四樓的22個老虎天窗也是尖頂紅瓦。

　　在五一樓的南側高高聳立著一座水塔。八角形的塔形建築，是歐洲中世紀的一種特定型制，象一座要塞，厚重敦實的外觀，由高塔、堡壘、城牆和狹長的小窗組成，這種形式在古代中世紀用於防守、瞭望和阻止敵人的進攻。水塔是中西女中的標志性建築，它的建築年代應和五一樓相同。

　　中西女中原有外籍教師住宿的小樓，建於1923年，解放後改作長寧區教工第一幼兒園。隨著上海市出生人口的下降和市三女中辦學規模的擴大，1997年幼兒園搬出，1998年小樓拆除，規劃建新的教學大樓。校園最北面，大禮堂東面的圍牆邊原有實驗樓的設備，規模已和現行教學要求不相符，也需要建一幢現代化的實驗樓。這兩幢新樓於1998年初動工，2000年7月落成，新樓的建築風格和原有建築保持一致，樓高五層，由上海城鄉建築設計院設計。南面的新樓被命名為『七一樓』，作為市三女子初級中學的教學樓；北面的新樓被命名為『科學樓』，一、二、三層分別為化學、物理、生物實驗室，四樓為計算機教室、多媒體語音教室和多功能演播廳，五樓的一個大統間是圖書資料室和電子閱覽室，典型的哥特式的大尖頂，十分有氣勢。

　　原中西女中的西北面是中西二小，與中西女中在同一個校園裡，解放後改名為江蘇路第五小學。1999年江五小學搬離，校址回歸市三女中，2000年在原江五小學的校址上建成市三女中大操場。