Перша чоловіча гімназія (нині – Науковий ліцей №3) має давню історію, це один із перших навчальних закладів м. Полтави. Заклад був заснований 1808 р. і спершу розміщувався у дерев’яному будинку на Петровській площі, який належав відомому полтавському меценату Павлу Руденку. Попечителем гімназії був В.П. Кочубей, який передав їй мінералогічний кабінет (1789 одиниць зберігання) та подарував колекцію мінералів (613 одиниць). Початково у закладі навчалося 49 учнів.
У 1823 році Малоросійський поштамт було переведено до Чернігова, а його будівлю на Круглій площі передано у власність гімназії. У самому будинку розташувалися класи, а у флігелях – пансіон для дітей збіднілих дворян, де попечителем тривалий час був І.П. Котляревський. В цій будівлі Перша чоловіча гімназія проіснувала до 1861 року. У 1825 році меценати подарували закладу бібліотеку, а також до гімназії надійшла особиста бібліотека поета та відомого перекладача Миколи Гнідича. В той час навчальний заклад щороку випускав по 30 чоловік. Так як гімназія не мала актового залу, усі урочистості по закінченню навчального року відбувалися також у залі Дворянського зібрання.
Протягом 1844-1850 рр в гімназії навчався відомий український дослідник-археолог українсько-німецького походження Олександр Поль (1832-1890). Одночасно з ним навчався класик української літератури-байкар Леонід Глібов (1827-1893). Викладали в гімназії в той час: відомий український поет-романтик Левко Боровиковський, перший біограф І. Котляревського, український громадський і культурний діяч Степан Стеблін-Камінський, історик і етнограф Павло Бодянський, художник Федот Ткаченко. У 1846 році Першу полтавську чоловічу гімназію відвідав український письменник Євген Гребінка, який висловив свої враження від перебування в місті у творі «Полтавські вечори».
Нове більше і просторіше приміщення спеціально для першої чоловічої гімназії було збудоване у 1861 році поряд на Поштамтській вулиці (нині- вул. В’ячеслава Чорновола). Автор первісного проекту невідомий. Проект споруди в стильових формах виконаний близько до класичних.
У 1864 році кількість учнів гімназії досягала 470 чоловік, працювало 29 викладачів, серед яких, окрім згаданих, є ряд видатних імен: перекладач А.І. Стронін, український і чеських композитор Алоїз Єдлічка, піаніст А.А. Ільяшенко та інші. Славилася перша чоловіча гімназія і своїми випускниками серед яких: історик і письменник М.П. Драгоманов, письменник і театральний діяч М.П. Старицький, математик М.В. Остроградський, поет В.С. Кулик, етнограф і мистецтвознавець В.П. Горленко, поет В.І. Самійленко, скульптор і художник-передвижник Л.В. Позен, фізик М.Д. Пильчиков, патріарх УАПЦ Мстислав (Скрипник) та інші.
У 1897 році при гімназії відкрили і пансіон на 40 вихованців по вул. Катеринській (нині –вул. Раїси Кириченко), будинки побудовані виключно на кошти губернського земства.
У товаристві допомоги бідним учням гімназії працював скарбником класик української літератури Панас Мирний (Панас Якович Рудченко) батько трьох синів, які навчалися у гімназії 3 1901 по 1917 рр. У 1909 році Панас Мирний влаштував у навчальному закладі літературний ранок, присвячений Т.Г. Шевченку. А протягом 1915-1917 рр учні гімназії видавали літературний журнал «Слово».
Після подій революції 1917 року в будинку гімназії почала працювати середня школа № 3 робітничої молоді. Будівля зазнала часткової реконструкції (перепланування) в одному з корпусів, де раніше розміщувалися приміщення для учнів і викладачів.
У роки Другої світової війни з вересня 1941р. по вересень 1943 р. будинок школи № 3 був значно пошкоджений, як майже всі будинки центральної частини міста. У повоєнні роки група полтавських архітекторів, під керівництвом головного архітектора міста Лева Вайнгорта провела велику роботу з відбудови будівлі.
Протягом 1948-1949 рр будинок колишньої чоловічої гімназії був відремонтований і в ньому розмістився музично-драматичний театр імені М.В. Гоголя, який працював у цьому приміщенні до 1958 року. З 1950 року частину приміщень займала школа № 3 і тільки після переїзду театру в новозбудовану будівлю на Театральній площі вся споруда з прилеглою територією перейшла у власність школи.
У 2019 року Полтавська спеціалізована школа I-III ступенів № 3 отримала статус Наукового ліцею № 3 Полтавської міської ради.
Сьогодні Науковий ліцей №3 залишається одним з найкращих навчальних закладів міста, у якому навчається близько 700 учнів у 22 класах. Працює 41 вчитель, соціальний педагог, практичний психолог, 14 вчителів мають звання «вчитель-методист» та 8 вчителів – звання «старший учитель». Один учитель має звання «Заслужений працівник освіти України».
Будівля колишньої Першої чоловічої гімназії з 2017року пам’ятка історії та архітектури місцевого значення, охоронний № 4755-Пл.