Математическа гимназия "Никола Обрешков" е открита на 29 септември 1970 година, когато със заповед на тогавашния министър на народната просвета се откриват първите в страната две математически гимназии. Казанлък е предпочетен заради големия брой изтъкнати математици и отличните представяния на учениците при участието им в национални и международни олимпиади. Новосъздадената гимназия стартира с три паралелки и за неин директор е назначен Кольо Горчев, преподавател по математика. През следващата 1971 г. започва конкурсен прием за четири паралелки. През май 1973 г. завършва първият випуск на гимназията.

 

Училището се премества в друга сграда през есента на 1981 г. През 1984 година се открива електронно-изчислителен център. В него през 1996 г. са оборудвани два съвременни компютърни кабинета за нуждите на обучението по информатика и по английски език. От учебната 1988/1989 г. гимназията се въвежда засилено изучаване на английски език. През 1991 г. гимназията приема статут на природо-математическа, поради приемане на паралелка с профил биология, а от 1998 г. - и профил информатика.

През учебната 2006/2007 г. завършва поредният 33-ти випуск на ПМГ "Н. Обрешков" - Казанлък. Броят на завършилите нейни възпитаници става 3443. Тяхната реализация е в различни области - те са инженери, архитекти, научни работници, лекари, юристи, учители и творци в други области на науката и изкуството.

По инициатива на гимназията на 24 април 1971 г. е поставено началото на националните математически състезания и от тогава е домакин на  пролетен турнир по математика.

Много от завършилите ПМГ "Никола Обрешков" - Казанлък, учат, специализират или работят в престижни университети и фирми в България, Англия, Германия, Италия, Канада, Китай, Русия, САЩ, Франция, Холандия...

От есента на 1997 г. до 1999 г. в ПМГ “Никола Обрешков” работи японската специалистка г- ца Ецуко Нода по договор между МОН и Японската агенция за международно сътрудничество J I С А. Агенцията съвместно с Община Казанлък оборудват компютърен кабинет с 9 станции, свързани в локална мрежа. В продължение на две години г-ца Нода оказва помощ на учениците и учителите по информатика при поддръжка и използване на съответния софтуер. Провежда часове по СИП – Компютърни технологии. За периода 2000-2002 г. тази дейност изпълнява г- ца Мики Хашимото.

На 16.01.2005 г. за изпълнение на програмата "Превенция от наркотични вещества в училищата" с помощта на Тримбос Институт - Холандия и Фондация "Български център за дженджър изследвания" е открит специално оборудван кабинет по здравно образование.

От март 2005 г. по проекта i-Клас на МОН е оборудван компютърен кабинет с 10 работни станции, свързани в локална мрежа и интернет.

На 15 септември 2007 г. на тържеството за откриване на учебната година прозвуча химн на училището по текст на Румен Сомов, музика - Георги Гарчов, изпълнение - група "Грамофон". Записът на диска е реализиран в звукозаписно студио в гр. София.