Với hơn 22 năm hình thành và phát triển, đến nay trường đã có cơ ngơi khang trang, cơ sở vật chất được đầu tư đồng bộ nhằm đáp ứng tốt cho công tác giảng dạy và học tập. Trong năm học 2018-2019 trường THPT Hoàng Mai đã có một bước tiến phát triển vượt bậc trong lĩnh vực hiện đại hóa cơ sở vật chất trường học.
Trường THPT Hoàng Mai được thiết kế cơ sở vật chất với 2 tòa nhà khang trang gồm 56 phòng học, diện tích bình quân từ 60 – 100m2 ; 15 phòng làm việc với diện tích bình quân từ 20 – 30 m2 ; 02 phòng máy tính tốc độ cao, nối mạng Internet bằng cáp quang, gồm 100 máy diện tích mỗi phòng 60m2;
01 sân tập thể dục thể thao phủ cỏ nhân tạo rộng 800 m2
Các phòng học được trang bị hiện đại tạo điều kiện cho việc đổi mới phương pháp dạy và học, tiếp cận với công nghệ và thiết bị dạy học hiện đại. 100% các phòng học được đầu tư trang thiết bị hiện đại: máy chiếu, âm thanh, điều hòa và hệ thống camera giám sát.
Để đảm bảo phục vụ hoạt động học tập và tạo điều kiện thuận lợi cho phụ huynh và học sinh, Nhà trường đã đầu tư bếp ăn tập thể với đội ngũ chuyên môn cao đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm. Mỗi ngày cung cấp hơn 500 suất ăn cho học sinh. Đồng thời bố trí tuyến xe đưa đón học sinh ở các điểm trong Hà Nội để thuận lợi việc đi lại của học sinh.
Công khai cơ sở vật chất của trường trung học phổ thông Hoàng Mai năm học 2022- 2023