Le 31 mars 1848, le roi Charles-Albert de Piémont-Sardaigne signe le décret de création de l'école théorique-pratique d'horlogerie, dans laquelle sont admis des élèves des deux sexes. Elle ouvre officiellement le 2 Juin 1849, avec 24 élèves : 12 filles et 12 garçons, dans un bâtiment offert par la commune, le château Gaillard, situé au centre de Cluses, sur l’emplacement de la future mairie, et réaménagé sur la base des plans des l’architecte Monod. Après le rattachement de la Savoie à la France, l'école royale d'horlogerie devient école impériale d'horlogerie, par décret du 30 novemebre 1863, puis en 1870 école nationale d'horlogerie. La direction en est confiée à Achille Benoît, auparavant directeur de la manufacture royale d'horlogerie de Versailles (PERRIN, 1902, p. 32), dont le buste (étudié) ornait anciennement l'entrée de l'école ; Charles Poncet sera l'un de ses successeurs, de 1905 à 1935.

L'école a pour but de former des ouvriers pour les diverses parties de la fabrication de la montre, et de procurer l'instruction nécessaire à ceux qui se destinent à devenir rhabilleurs, visiteurs ou fabricants d'horlogerie (décret de 1863).

En 1868 est décidée la construction de nouveaux bâtiments pour l'école, notamment en vue de lui adjoindre un internat ; en 1870, une commission spéciale est créée afin d'en définir le programme architectural (PERRIN, 1902, p. 123). L'emplacement choisi, cédé par la commune en 1873, correspond au carré XII du plan d'alignement de la ville ; il est complété par l'acquisition de parcelles mitoyenne au cours des années suivantes. La maîtrise d’œuvre est confiée à l'architecte départemental Camille Ruphy, également auteur des plans, et les travaux réalisés par l'entreprise de maçonnerie Gaudin, de Thiez (PERRIN, 1902, p. 124) entre 1880 et 1885. Lors de la pose de la première pierre, le 13 mai 1880, une case est pratiquée dans le pilier sud-est de l'école, contenant diverses pièces de monnaie à l'effigie de la République, une médaille de prix de fin d'étude des élèves de l'école, et le procès-verbal de la cérémonie rédigé sur parchemin et inséré dans un tube de verre scellé à ses extrémités (Ibid., p. 125).

Au bâtiment principal est par la suite adjoint un atelier de mécanique, en 1909. En 1915 est créée une section spéciale de rééducation professionnelle, qui fonctionnera jusqu'en 1929, destinée à accueillir et former les blessés et mutilés de guerre dans le domaine de l'horlogerie.

L'actuel centre de documentation, autrefois dénommé "chapelle", voit le jour en 1923 comme atelier de mécanique et de traitement thermique. L'ouverture de l'internat de 250 places date de 1929. L'école primaire supérieure s'installe en 1932 dans un nouveau bâtiment.

Le lycée prend le nom de Charles-Poncet par arrêté ministériel du 3 juin 1965.

Il fait l'objet de travaux de restructuration à la fin des années 1990, sous maîtrise d'oeuvre de l'atelier d'architecture Groupe Arche 5 (Cluses).