Nhà trường xây dựng chương trình đào tạo theo hai định hướng phát triển cho học sinh sau khi tốt nghiệp: Chương trình lớp cơ bản và chương trình lớp chuyên ngữ, song ngữ. Trong tháng 7 và tháng 8 hàng năm nhà trường sẽ tiến hành đánh giá năng lực kiến thức của học sinh nhằm mục đích phân loại và xây dựng kế hoạch đào tạo cho từng nhóm đối tượng học sinh.

+ Chương trình lớp cơ bản và định hướng đầu ra là học tiếp lên hệ cao đẳng, Đại học trong nước.

+ Chương trình lớp chuyên ngữ và song ngữ (Tiếng Anh, Tiếng Trung, Tiếng Nhật, Tiếng Hàn, Tiếng Đức) định hướng đầu ra du học hoặc các trường Đại học trong nước có Khoa Ngôn ngữ, Ngoại giao, Báo chí, Kinh tế…

Ngoài ra, Trường THPT Hoàng Mai cũng đã ký kết thỏa thuận hợp tác với một số trường danh tiếng của nước ngoài như: Trường Đại học Daegu Haany – Hàn Quốc, Học viện Seoul của Hàn Quốc, Hiệp hội làm đẹp và y tế Hàn Quốc (KMBA), Trường đại học Deacheon – Hàn Quốc, Trường cao đẳng Du lịch Kangwon – Hàn Quốc và một số cơ sở giáo dục của Singapore, Nhật Bản… để chuyển giao công nghệ và chuyển tiếp học sinh có nhu cầu học tập, nghiên cứu ở nước ngoài.