Mokykla įsteigta 1980m. Anksčiau ji vadinosi Kauno 42-oji vidurinė. Pilėnų vardas mokyklai suteiktas 1998 metais liepos 21 d. Per dvidešimt aštuonerius darbo metus mokykla išleido dvidešimt šešias abiturientų laidas. 2005 metais buvo prijungta Kauno Aukuro vidurinė mokykla.

Mokykloje dirba 84 pedagogai, iš jų 42 mokytojų metodininkų, 34 vyresnieji mokytojai, 5 mokytojai jau yra baigę magistrantūros studijas . Mokykloje dirba puikūs specialistai, gebantys suteikti mokiniams gerą išsilavinimą, ugdyti teigiamas dorovines savybes. Pagrindinis dėmesys mokykloje skiriamas pamokos kokybei, nuolat siekiama į ugdymo procesą diegti informacines technologijas, sudarytos geros ugdymo sąlygos, tinkama intelektualinių resursų kvalifikacija. Tai lemia gerus ugdymo rezultatus: beveik visi dešimtokai tęsia mokymąsi 11 klasėje, gerai laikomi abiturientų valstybiniai egzaminai (2008m. 92% valstybinius egzaminus laikiusių moksleivių juos išlaikė, iš jų 31% įvertinti 50 ir daugiau balų). 2008 m. 78% mokyklą baigusiųjų abiturientų studijuoja šalies aukštosiose mokyklose.

Dalis Kauno Pilėnų vidurinės mokyklos mokinių nuo 2 klasės pagilintai mokosi anglų kalbos ir iki 12 klasės įgyja puikius anglų kalbos įgūdžius. Gerų rezultatų moksleiviai pasiekia įvairių dalykų olimpiadose. Daug dėmesio mokykloje skiriama prevencinei veiklai, siekiama užtikrinti sąlygas problemiškų vaikų ir jaunimo ugdymui bei sėkmingai socializacijai. Mokykloje mokosi 17 specialiųjų poreikių mokiniai, 12 taikomos adaptuotos programos. Daug dėmesio skiriama šių moksleivių bei neįgaliųjų (jų mokykloje 21) integravimui į ugdymo procesą. Ta kryptimi organizuojama ir nepamokinė veikla. Tradiciniais tampa Teisinių žinių konkursai, vasaros poilsio projektas „Draugystės laivas“, mokslinė konferencija „Socialinės problemos realybėje“. Šie renginiai domina visus moksleivius ir daro didelę įtaką jų ugdymuisi, vaikai gerai jaučiasi mokykloje, tobulėja pagal savo galimybes. Džiugina mokyklos sportinė veikla. Joje aktyviai dalyvauja ir moksleiviai, ir pedagogai. Moksleiviai laimi prizines vietas įvairiuose Kauno miesto varžybose (kvadrato, lengvosios atletikos, krepšinio, „Drąsūs, stiprūs, vikrūs“, šaudymo). Sporto varžybos lydi daugelį tarpmokyklinių renginių. Populiarus krepšinio turnyras „Direktoriaus taurė“. Daug pasiekimų ir įvertimo pelni muzikos būreliai.

Mokyklos pedagogų nuoširdus, kūrybiškas, kupinas paieškų ir naujovių darbas, lydimas humaniško bendravimo ir bendradarbiavimo su ugdytiniais, kolegomis, mokinių tėvais, nuolatinis mokymasis ir savęs tobulinimas kuria mokykloje jaukią, imlią naujovėms, patrauklią ir sutelktą darbui atmosferą.