C'est une loi de 1802 qui impose la création, dans chaque ressort de Cour d'appel, d'un lycée de garçons devant recevoir environ 200 élèves, essentiellement internes. L'enseignement est dispensé par deux professeurs par classe, l'un assurant les sciences et l'autre les lettres. Les élèves sont soumis à une discipline très militaire et jouissent d'un confort plutôt spartiate. Le cursus est de six années plus une année pour la préparation du baccalauréat.
Le premier lycée de Dijon est créé en 1803. Il doit accueillir tous les élèves de la Côte-d'Or et des départements voisins. Il s'installe dans les locaux de l'ancien hospice Sainte Anne, ancien orphelinat de filles, où se trouve l'actuel collège Marcelle Pardé. À l'époque de Louis Philippe on s'attache à en améliorer le confort. L'établissement reçoit alors des élèves depuis l'âge de huit ans jusqu'au baccalauréat. Au cours du Second Empire, l'éventail de classes s'ouvre à de nouvelles classes préparant aux grandes écoles, après le baccalauréat.
Le lycée Carnot renferme une collection d'instruments scientifiques anciens classée à l'inventaire des monuments historiques.