В 60-е годы впервые в стране на базе 625 школы были разработаны, экспериментально исследованы модели кабинетов химии, биологии, физики и опорные классы-кабинеты начальной школы. Параллельно начались разработки моделей всех кабинетов по естественно-математическим и гуманитарным дисциплинам. В 70-е годы была завершена разработка оборудования всех учебных кабинетов в соответствии с дидактическими целями, требованиями эргономики и эстетики. По заказу Министерства просвещения по материалам 625 школы был создан фильм «Кабинетная система в средней школе» и разослан почти в каждую школу. В конце 70-х, в 80-х годах, совместно с Вычислительным центром имени Стеклова АН СССР была разработана и внедрена программа по информатике и программированию для 9, 10-х математических классов. В 1978 году был создан кабинет, оборудованный персональными учебными компьютерами «Агат-7», затем «Агат-9», это послужило началом широкого внедрения новой дисциплины в учебные заведения страны. Сотрудники НИИ с благодарностью отмечали в своих трудах учителей-экспериментаторов школы, многие из них работают до сих пор. В 1991 году школа получила статус гимназии. В 2004/2005 году ГБОУ гимназия №625 стала экспериментальной площадкой Российской академии образования. Администрацией и педагогическим коллективом в сотрудничестве с сотрудниками Института содержания и методов обучения были отработаны основные направления по задачам эксперимента, определен план совместных действий участия в эксперименте, в том числе и по профильному обучению.

В 2004 году был подписан Договор о научно-педагогическом сотрудничестве и опытно-экспериментальной работе с ИСМО РАО. В течение трех лет проводился мониторинг, отрабатывались вопросы и тесты по ЕГЭ, технология заполнения ответов. Также на основе Договора о сотрудничестве и совместной деятельности с ГНУ Институт инновационной деятельности в образовании Российской академии образования осуществляется совместная деятельность по развитию гимназии и модернизации системы ее инновационной деятельности. С июля 2005 года гимназия была передана в Москву и является учреждением городского подчинения. ГБОУ гимназия № 625 реализует общеобразовательные программы основного общего, среднего (полного) общего образования и дополнительную (углубленную) подготовку обучающихся по предметам гуманитарного профиля, реализует общеобразовательную программу начального общего образования, ориентированного на расширенное изучение предметов гуманитарного цикла. На третьей ступени обучения учащиеся сами выбирают индивидуальную образовательную траекторию (не менее двух профильных предметов). Основными задачами гимназии являются: обеспечение учащимися универсального образования, позволяющего адаптироваться к изменяющимся социально-экономическим условиям, интегрироваться в систему мировой и национальной культуры; реализация идеи общего, интеллектуального, нравственного развития личности через гуманитаризацию содержания образования; воспитание гражданственности и любви к Родине; формирование личности с развитым интеллектом, навыками исследовательского труда, высоким уровнем культуры, готовую к осознанному выбору и освоению разнообразных профессиональных программ.

В 2008 году под руководством научных сотрудников Института инновационной деятельности в образовании, педагоги гимназии участвовали в реализации программы апробирования модели деятельности образовательного учреждения в условиях введения новых Федеральных государственных стандартов нового поколения по теме «Разработка и апробация требований к структуре основных образовательных программ, результатам их освоения, условиям реализации и материалов, обеспечивающих нормативное и инструментальное сопровождение введения федеральных государственных стандартов общего образования второго поколения».

Гимназия тесно сотрудничает с МИОО, кафедрой психологии по проблеме «Профилирование и профориентация», форма сотрудничества – проведение тестов, анкетирование, мониторинги, выступления на педсоветах, проводились круглые столы. Инновационная и экспериментальная деятельность С 2004 года гимназия получила статус экспериментальной площадки РАО. С 2006 года гимназия включена в состав следующих городских экспериментальных площадок: 1.Разработка экскурсионной образовательной программы «Я шагаю по Москве». 2.Школьное издательство как образовательный проект. 3.Совершенствование форм организации образовательных программ в обучении по индивидуальным планам. С 2007 года гимназия сотрудничает с Институтом инновационной деятельности в образовании РАО, решая вопросы развития гимназии имодернизации системы инновационной деятельности. С 2008 года гимназия включена в экспериментальную работу в рамках проекта «Толерантность».

Организаторами проекта выступают ЮНЕСКО и Фонд поддержки образования «Ноосфера». С 2009 года гимназия включена в состав следующих городских экспериментальных площадок (ГЭП): 1.ГЭП «Создание интерактивной модели изучения культурно-исторического наследия Москвы и Московской области в образовательной школе». 2.ГЭП «Совершенствование форм организации образовательного процесса в обучении по индивидуальным планам». 3.ГЭП «Модель ресурсного центра «Школьная пресса» в рамках программы «Школа будущего». В 2011 году ГБОУ гимназия №625 стала участником единой информационной системы оценки качества образования г. Москвы "Московский регистр качества образования" В августе 2013 года произошла реорганизация ГБОУ гимназии № 625 путем присоединения детского сада № 300. В июле 2014 года произошла реорганизация ГБОУ гимназии № 625 и ГБОУ СОШ № 521 путем присоединения последней.