На 1 март 1848 г. след тържествен водосвет отваря врати първото девическо училище в Пазарджик наречено "Левкия води". Първата учителка в училището е монахинята хаджи Татяна от Тетевен. След Освобождението училището съществува самостоятелно като девическо трикласно. През 1897 г. към него се открива четвърти клас и училището приема името на бележития общественик и писател Константин Величков. От 1899 г. се сформира и пети клас.

На основание Заповед № Д-4 от 27 май 1971 г. на МНП Втора политехническа гимназия се трансформира в Математическа. За учебната 1971/1972 г. е проведен първият конкурсен изпит за подбор на кандидатите за две математически и две физикоматематически паралелки за VIII и IХ клас. Приети са 110 ученика за VIII и 117 ученика за IХ клас. От учебната 1981/1982 г. гимназията се преименува в Единно средно политехническо училище "К. Величков". През учебната 1983/1984 г. се прилага нова система на обучение във втора и трета степен - УПК с три паралелки по широкопрофилните професии "Оператор-програмист на ЕИМ", "Монтьор на електронна техника" и "Оператор в ХВП". Професионалното обучение продължава до учебната 1986/1987 г. През същата година училището отново е преименувано в МГ "К. Величков". От учебната 1984/85 г. в гимназията се разкриват по една паралелка от профилите "Физика", "Химия" и "Биология", като паралелките профил "Математика" се намаляват от 6 на 4. Приемният изпит е след успешно завършен VII клас по съответния профилиращ предмет.