长沙市实验小学创建于1905年，始称湖南官立初等第一小学堂。创办百年，九易校名。
1983年12月27日，长沙市人民政府办公室长政字[1983]74号文件通告，收回原东区顺星桥小学作为长沙市教育局直接领导的实验学校。1984年6月23日，长沙市教育局长教字[1984]91号文件根据市人民政府办公室长政办[1983]74号文件的决定，将东区顺星桥小学收归市教育局直接管理，作为全市小学教育的实验基地，并决定自1984年7月1日起，更名为长沙市实验小学。
1989年5月16日，市编字[1989]第81号文件明确长沙市实验小学为副科级事业单位。1996年5月30日，长编办发[1996]30号文件明确长沙市实验小学为正科级全民事业单位。
2006年8月，根据长沙市委市政府对全市学校布局调整的规划，在长沙市教育局统一部署下，学校从芙蓉区蔡锷路顺星桥38号整体搬迁至岳麓区含光路八方小区D区，以全新的面貌出现在钟灵毓秀的麓山湘水之间。
学校新校区占地 2.1万平方米，教学楼、科技楼、办公楼和生活楼六栋建筑与200米的环型跑道、3500平方米的塑胶运动场合理布局，植物花木50余种绿化覆盖，园林式亭廊点缀其间。办学规模为24个教学班，可以容纳约1200人就读。现有19个教学班，学生948人，教职员工44人。其中特级教师1人、中学高级教师4人、小学高级教师33人。
学校以“敦品砺学，立志成才”为校训；以 “为学生终身发展奠基”为办学理念。力求通过打造团队的管理目标：规范＋特色，教师发展目标：敬业＋专业，学生发展目标：全面＋特长，以达到“省内一流，全国知名”的办学目标。
学校是“中国教育学会团体会员单位”、“中科院现代小学数学实验基地和示范学校”、“教育部基础教育课程改革湖南师范大学研究中心的实验学校”、“湖南省红领巾示范学校”、“长沙市示范性学校”、“长沙市现代教育技术实验学校”、“长沙市数学教学专业委员会理事单位”。