西北师范大学附属中学的办学特色体现在多个方面，其中鸿宇班的寄宿就读制度备受赞誉。该校为培养顶尖人才，设有理科实验班——鸿宇班，每年选拔约60名高一新生，进行深度理科教学实验。此外，国际班的设立让学生能更早接触国际教育，专门聘请经验丰富的外国教师进行全英文教学，帮助学生适应国际环境。
北辰班则注重课程整合，分为国家课程、特选课程和综合类校本课程。国家课程保证基础教育，而特选课程如文学、历史、哲学和经济等则培养学生的特长。综合类课程如讲座、研究和先修课程则致力于全面发展学生的素养和实践能力。北辰班鼓励学生通过阅读、实践活动和展示平台，提升实际能力和创新精神。
而昌绪工程实验班以我国著名科学家师昌绪的名字命名，旨在培养未来的工程技术人才。它采用创新的教育模式，与高校合作，提供工程通识教育和工程创新项目，以提升学生的工程意识和实践能力。课程设置包括国家课程、工程类通识及大学先修课程，旨在为工程技术领域培养具备创新能力和实践基础的拔尖人才。
学校重视国际交流，与英国国王中学等海外名校建立友好关系，定期开展文化交流活动，以及派出师生进行国际考察和留学，还被确立为汉语国际推广基地，吸引了来自世界各地的留学生。
西北师范大学附属中学，源起于北平“五城学堂”，前身为北平师大附中，迄今已有112年的历史。学校在兰州办学以来，先后被省教育厅认定为省级重点中学和省级示范性高级中学。国际著名物理学家、诺贝尔奖获得者李政道为学校题赠“崇尚科学、培育英才”匾额。西北师大附中的校训为“勤、慎、诚、勇”，核心理念是“和谐容大、卓越发展”。