La République ouvre des lycées aux filles moins pour les émanciper que pour les arracher aux couvents : elle obtiendra les deux.
Jusqu'en 1880, l'instruction des filles au-delà du primaire relève presque entièrement des congrégations religieuses. Les pensionnats de bonnes sœurs forment des épouses catholiques et pieuses. Pour les républicains anticléricaux, c'est un problème politique majeur : la femme instruite par l'Église fait voter son mari à droite et élève ses enfants dans la soumission au clergé. Jules Ferry le dit sans détour : "Il faut choisir, citoyens : les femmes appartiennent à la science ou elles appartiennent à l'Église."
La loi Camille Sée du 21 décembre 1880 crée l'enseignement secondaire public de jeunes filles. Le projet est ambivalent : arracher les femmes à l'influence cléricale, oui, mais sans en faire les égales des hommes. Le programme est allégé, sans latin ni grec, avec plus de "travaux à l'aiguille" et de morale. Il ne conduit pas au baccalauréat, donc pas à l'université ni aux carrières libérales. Les élèves obtiennent un simple diplôme de fin d'études.
Le 15 octobre 1883, le premier lycée de jeunes filles de Paris ouvre ses portes dans l'ancien hôtel de Villayer, 2 rue de l'Éperon et 47 rue Saint-André-des-Arts, dans le 6e arrondissement. Cent vingt-trois élèves s'y présentent. L'établissement prendra le nom de lycée Fénelon, du prélat qui avait écrit au XVIIe siècle un traité sur l'éducation des filles.
L'ambivalence se dissipe par la pratique. Les élèves et leurs professeures réclament le latin, puis le baccalauréat, puis les classes préparatoires. Fénelon deviendra l'un des grands lycées préparant aux concours des Écoles normales supérieures. Les programmes seront alignés sur ceux des garçons en 1924, quarante-quatre ans après la loi Sée.
Le lycée est devenu mixte en 1968 pour les classes préparatoires et en 1979 pour le secondaire. Il occupe toujours les mêmes bâtiments du XVIIIe siècle.