Au milieu du XVIIe siècle, le conseil de ville, mécontent de ce personnel, confie la réorganisation du collège aux pères du Saint Sacrement, qui jouissent alors d'une grande renommée. "Le grand art d'instruire les jeunes gens ne consiste pas à les enfoncer dans les sciences mais à les conduire aux sources où elles se puisent, à leur donner du goût pour les aimer et les méthodes pour les acquérir" : tel est le principe de leur pédagogie. Dès 1663, aux trois classes existantes s'ajoutent une classe de philosophie et une classe de 6ème où les enfants sachant lire et écrire peuvent étudier le latin et le grec. On associe alors à l'étude des langues française et latine, celle de l'histoire, de la géographie et des autres sciences "propres à former le coeur et l'esprit".
En 1786, l'établissement compte 132 élèves (plus ceux de la classe de Philosophie).
A la Révolution, les biens du clergé étant déclarés "Biens Nationaux", les prêtres ne peuvent subsister et quittent la ville. Le collège est fermé. Des instituteurs sont alors nommés mais les classes restent désertes et de ce fait le collège demeure fermé jusqu'en 1806. Pendant cette période on y installe une manufacture de sabres qui disparaît à son tour en 1799.
Le gouvernement municipal se charge lui-même d'organiser un établissement secondaire. Une souscritpion est ouverte en 1807 et une école secondaire prend naissance, bientôt reconnue par l'empereur lui-même. Les professeurs sont payés par la commune et les élèves.
En 1816, c'est Jean-Baptiste Goutay le principal du Collège
En 1837 s'installent un professeur de physique et un professeur de mathématiques. Dès lors les élèves de Thiers peuvent se présenter au Baccalauréat. Durant tout le XIXe siècle, la ville fait de nombreux sacrifices pour le collège. La coutellerie étant florissante, deux écoles viennent successivement s'ajouter à cet établissement : tout d'abord une école industrielle de coutellerie, puis en 1882, une école pratique de commerce et d'industrie.
Mais les bâtiments sont en très mauvais état. Aussi décide-t-on de construire sur l'emplacement de la maison "Audembron" un collège neuf. Cette maison "Audembron" provient d'un don à la ville de Thiers fait par un négociant lyonnais, d'origine thiernoise, Antoine Audembron.
En 1888, le nouveau collège ouvre ses portes tandis que l'ancien est aménagé en école centrale de filles.
Sous la 3ème République, le collège retrouve son ancienne prospérité.
A la rentrée de 1950, l'établissement compte 459 élèves. En 1955 a lieu la fusion du Collège Audembron (communal, mixte, classique et moderne) situé rue des Docteurs Dumas et du Collège moderne et technique de jeunes filles situé Place Francisque Faÿ (quelques années auparavant, on avait ajouté respectivement deux sections à ces collèges : une section d'enseignement technique pour garçons, préparatoire à l'école nationale professionnelle de Thiers et une section d'enseignement technique commercial pour jeunes filles).
Le collège devient alors Lycée Municipal.
En 1960, il compte 920 élèves (dont 301 internes, 128 demi-pensionnaires, 491 externes).
Comme les dépenses du Lycée Municipal représentent une charge importante pour le budget, on demande à ce qu'il soit nationalisé. Il l'est le 15 septembre 1962 (la ville s'engage à participer aux dépenses de fonctionnement du lycée naitonalisé dans une proportion de 40 % des dépenses arrêtées au budget de l'établissement).
Puis le lycée devenant trop petit, on prévoit la construction d'une cité scolaire au "Pontel".
A la rentrée 1967, le lycée nationalisé est transformé en lycée d'état. La même année, le C.E.T. des Limandons (féminin et uniquement industriel) est annexé au lycée et le premier bâtiment terminé de la cité du Pontel ; le bloc technique ouvre ses portes.
Les rentrées suivantes voient successivement l'ouverture des autres bâtiments :
- rentrée 1968 : 2ème cycle, services généraux, internat garçons (occupé cette année-là par les jeunes filles)
- rentrée 1969 : conciergerie, bloc administratif
- rentrée 1970 : internat féminin et 1er cycle
Une piscine et un gymnase fonctionnent depuis 1973.
Cependant, les bâtiments de la rue des Docteurs Dumas et de la place Francisque Faÿ continuent d'abriter les classes de 6e et 5e qui ne peuvent être accueillies au Pontel. La Section d'Education Spécialisée fonctionne dans les locaux de l'ancienne prison depuis 1971. Elle a été transférée sur le site du Pontel en 2011.
En 1985, dans le cadre des lois de la Régionalisation, le lycée devient Lycée d'Enseignement Général et Technologique Régional. De nouvelles salles de classe sont créées.
En 1986 s'achèvent les travaux d'une salle de spectacle polyvalente pouvant accueillir 120 personnes (salle Montdory reconvertie en différents bureaux au bénéfice de l'administration du lycée en 2017).
En 1988, remplacement des terrasses par des toitures traditionnelles.
En 1989, le CDI quitte les locaux trop exigus du bâtiment administratif pour intégrer le bâtiment D qui est alors celui de l'internat féminin.
Septembre 2009 : le Lycée Professionnel Sonia Delaunay qui se trouvait dans la cité scolaire (Bâtiment C) fusionne avec le Lycée Professionnel du Val de Dore, situé en partie basse de Thiers pour former le Lycée Professionnel Germaine Tillion. Un bâtiment se trouve donc vide. S'y installe alors le pôle scientifique avec les laboratoires de Sciences de la Vie et de la Terre, et de Physique-Chimie. Ce sera aussi le lieu de l’aménagement d’une véritable salle de conférence-spectacle : la salle Michel Oudeau.
Septembre 2011 : arrivée des collégiens de 6e et 5e depuis le Collège Audembron, en centre ville. Le collège est donc ainsi enfin réuni (6e, 5e , 4e , 3e ) sur un même lieu : la cité du Pontel.
Cette histoire du Lycée serait, en grande partie, le fruit du travail de Bruno Tournilhac (sous réserve), ancien professeur d'histoire-géographie au Lycée Montdory.