沈阳市第二十高级中学的硬件设施堪称省内顶尖，学校配备了一系列先进的教育设施。首先，学校拥有一个现代化的塑胶操场，让学生们可以在其中尽情运动；另外，学校设有大型游泳馆，为学生提供了健康的锻炼场所。图书馆和阅览室则为学术研究和阅读提供了丰富的资源，满足了学生的多元化学习需求。
报告厅和多功能厅的设立，使得学校能够举办各类讲座和活动，增强了学生的实践能力和团队协作精神。多媒体教室配备了最新的VOD视频点播系统和光纤网络，每个学生都能享受到高速的互联网资源。而且，每个教室都配备了电脑、大屏幕和视频展台等现代化设备，教学效果显著提升。
自然分校占地广阔，占地630亩，拥有完备的生活和学习设施。教学楼、综合楼、宿舍楼以及现代化的食堂，为学生提供了舒适的生活环境。此外，还有设施齐全的游泳池，以及精心设计的花窖、鹿场、果园、植物园和鱼塘，这些不仅为学生提供了丰富的课外活动空间，也是素质教育和劳动教育的重要载体，学校更是被认证为德育基地。
2005年，学校又投资新建了一座现代化的教学楼，总面积达到6500平方米，包括26个标准教室、电教室、实验室和图书室，进一步完善了教学设施，为学生提供了更优质的教育环境。
沈阳市第二十中学是辽宁省首批重点中学、省示范高中、省新课程改革样本校。