Ia telah ditubuhkan pada 1936 yang mana ia dibina khusus untuk pelajar lelaki. Kini, tapak asalnya didiami sebuah bangunan sekolah iaitu Sekolah Kebangsaan Klang. Pada 1941, sekolah ini dibuka terus semasa pendudukan Jepun di Persekutuan Tanah Melayu.

Terdapat penubuhan Madrasah Ahliah Uthmaniah yang mengkhususkan pelajar perempuan di rumah Allahyarham Hj. Othman pada 1946. Pada 1947, dengan budi-bicara Raja Nong, DYMM Al-Marhum Sultan Hisamuddin mewakafkan istana baginda, Istana Jemaah (kini bangunan pentadbiran Kolej Islam Sultan Alam Shah) kepada pelajar Madrasah Ahliah Uthmaniah. Madrasah tersebut ditukarkan nama kepada Raudhah Sultan Hisamuddin Syariah yang mana Allahyarhamah Asmah binti Othman dilantik sebagai guru besar yang pertama di sekolah itu. Madrasah lelaki diberi nama Maahad Jamaah Islami Addini. Mereka menggunakan bangunan yang sama tetapi dibezakan dengan pentadbirannya.

Pada 1951, rombongan pelajar perempuan yang diketuai oleh Ketua Pejabat Agama Islam, Allahyarham Tuan Haji Fateh Akhir bertemu dengan DYMM Al-Marhum Sultan Selangor untuk menubuhkan Sekolah Menengah Arab yang berasingan. Pada 1956, semua pelajar lelaki Murtail Ulumuddiniah dipindahkan ke Masjid Diraja Sultan Suleiman kerana bangunannya dijadikan Kolej Islam Klang (Kolej Islam Sultan Alam Shah). Kemudian, ia dipindahkan ke Madrasah Faiizin untuk pelajar "ibtidaii" (peringkat rendah) dan ke surau Sungai Bertih untuk pelajar lelaki 1V Thanawi. Madrasah Raudzah Sultan Hisamuddin Syariah dipindahkan ke Kampung Jawa dan bertukar nama kepada Maahad Jamaah Islami Addini.

Pada 1957, Madrasah Murtail Ulumuddiniah dipindahkan ke bangunan baru di Sungai Bertih dan bertukar nama kepada Maahad Hisamuddin. Menjelang 1973, Sekolah Agama Menengah Rendah Hisamuddin (L) dan (P) ditubuhkan di bangunan Maahad Jamaah Islamiah, Kampung Jawa. Sekolah Agama Menengah Rendah Hisamuddin (SAMRH) dipindahkan ke Sungai Bertih. Maahad Hisamuddin (L) di Sungai Bertih disatukan dengan Maahad Jamaah Islami Addini (P) dan ditukarkan nama kepada Sekolah Agama Menengah Tinggi Tengku Ampuan Jemaah (SAMTTAJ).

Pada 1977, SAMRH Sungai Bertih dan SAMTTAJ Kampung Jawa disatukan pentadbirannya dan dinamakan Sekolah Agama Menengah Tinggi Hisamuddin di bangunan SAMTTAJ Kg. Jawa. Pada 1979, bangunan lama SAMRH (Sungai Bertih) yang lama digunakan semula untuk menampung kekurangan bilik darjah SAMTH Kampung Jawa. Pada 1982, bangunan baru SAMTH Kampung Jawa di Jalan Bukit Jati (kini bangunan Sekolah Rendah Agama Kampung Jawa) mula digunakan. Pentadbiran SAMRH Sungai Bertih (Kini Sekolah Agama Menengah Sultan Hisamuddin Sungai Bertih) dan SAMTH Kampung Jawa dipisahkan.

Pada 1984, terdapat pengasingan pelajar lelaki dan perempuan di peringkat menengah tinggi. Pelajar lelaki ke SAMTTAJ Shah Alam manakala pelajar perempuan ke SAMTH Kampung Jawa. Pada 1987, kelas Tingkatan 4 Sains ditubuhkan. Pelajar lelaki juga diambil dari Sekolah Menengah Agama Jais yang lain hingga tahun 1991.

Pada Disember 1992, SAMTH menjadi Sekolah Agama Menengah Tinggi (P) sepenuhnya. Pada tahun 2000, SAMTH menerima semula kemasukan pelajar lelaki tingkatan 1 dan 4. Pada 28 Ogos 2001, berlaku perpindahan SAMTH dari bangunan lama (Kini bangunan Sekolah Rendah Agama Kampung Jawa) di Jalan Bukit Jati, Kampung Jawa ke bangunan sekarang di Jalan Kota Raja, Kampung Jawa.

Pada 24 Disember 2005, satu memorandum persefahaman (MoU) telah ditandatangani antara Kerajaan Negeri Selangor dan Kementerian Pelajaran Malaysia untuk mendaftarkan kesemua 23 buah sekolah agama menengah (SAM) di Negeri Selangor termasuk SAMTH, diserap ke KPM yang kemudiannya dikenali sebagai kolompok Sekolah Agama Bantuan Kerajaan (SABK) di bawah kelolaan Jabatan Pendidikan Islam dan Moral (JAPIM), KPM.

Pada tahun 2010 Duli Yang Maha Mulia Sultan Selangor berkenan supaya nama Sekolah Agama Menengah Tinggi Hisamuddin (SAMTH) ditukar kepada Sekolah Agama Menengah Tinggi Sultan Hisamuddin (SAMTSH) justeru merasmikan nama baru ini. Penggunaan nama baru ini terus digunakan dalam semua urusan rasmi sekolah. Pada tahun 2015 SAMTSH diiktiraf sebagai Sekolah Kluster Kecemerlangan fasa 9 atau singkatannya SKK.