清光緒二十九年（1903年），袁世凱在保定創辦直隸省第一所師范學堂——直隸師范學堂，也是全國最早的師范學堂，翰林出身的孟慶榮為監督，地址在金線胡同楊公祠和附近院落。學校最初在全省范圍招收學生600人，從舉人秀才中選取，大縣8人，小縣4人。此外還為山東代為培養數十人，第二年畢業返回山東。開設5年制全科和半年、一年簡科兩種。學堂聘有11名日籍教師，開設教育、理化、博物、音樂、手工等學科。

1904年9月，經省批準，將光緒十五年（1889年）由蓮池書院院長吳汝綸倡辦的東文學堂附屬于直隸師范學堂，稱東文專修科，所謂東文即日文。同年底，學校因辦學需要，擴大規模，遷至北關，升格為優級師范學堂。1915年更名直隸高等師范學校。

直隸高師預科一年，本科三年，本科分歷史地理部、數學物理部、博物部、物理化學部、國文部、英文部等專業，除本科外，還設有國文、歷史、地理、美術、手工、圖畫、音樂、體育等專修科。另設英語研究科和手工、圖畫教員講習科。直隸高師任課教師有清末科舉時代的舉人，也有民初新學堂畢業的高材生，還有聘請的外籍教師。據日本《考史游記》一書記載：1908年2月22日，日本青年學者桑原騭藏到保定考察，當時在保定優級師范學堂任教的日籍教師就有關本幸太郎、中谷延治、永井勇助、柏巖伊之吉、近森出治和都甲昂等。

光緒三十三年（1907年），直隸提學使盧靖曾對下屬發布命令，說此年直隸高等學堂畢業生180人，盡先充實初師和中小學，過去的畢業生學力不夠、水平較差、成績平平者，可回來重讀深造，不愿意回來的做教育行政工作。學校非常重視畢業生的回訪與再造。

直隸高師校長馬筱珊思想頑固守舊，教學堅持用經學、理學等舊教材抵制白話文。1920年9月，直隸高師爆發“驅馬運動”。最后，省教育廳答應學生要求，撤換了校長，并同意北京大學年輕教授來校授課。1921年，中國共產黨早期領導人鄧中夏，正式應聘到直隸高師任新文化教授。鄧中夏在保定組織學生成立新文化研究會、新教育研究會等社團，組織學生閱讀馬克思主義書籍，介紹李大釗、陳獨秀、魯迅以及高爾基的文學作品，對保定的教育和政治形勢發展起到積極的推動作用。

1921年直隸高師并入新建的河北大學。學校辦學20載，培養了大批優秀教育人才，如王森然、張效直、郝仲青等均畢業于直隸高師。