A 15 éves háború során Tata vára többször hadi események színhelye lett, aminek következtében a város elnéptelenedett. A zsitvatoroki béke értelmében a vár a Magyar Királysághoz került, Tata városát azonban továbbra is hódoltsági területnek tekintette a szultán. A háború lezárását követően megindult a végvárvidék településeinek újranépesítése, így Tata városába alföldi református magyar családok települtek be Csáthy Gergely vezetésével 1608 és 1614 között, akik a beköltözést követően 5 évig adómentességet élveztek. Ebben az időszakban 71 család érkezett a városba.

A betelepülő református közösség a templom mellett az egykori iskolát is használatba vette. Itt elemi szintű oktatást folytattak, az 1660-as években pedig gimnáziumi osztályokkal egészült ki az iskola. Az első lelkészi állás megszervezéséig - 1630-ig – az iskolamesterek lévitaként működtek, tehát lelkészi szolgalátokat is elláttak, a tanítás mellet az istentiszteleteket is ők tartották.  Az első iskolamester a későbbi híres énekköltő, Pécselyi Király Imre volt, aki 1608-ban érkezett a komáromi református kollégiumból. Nevéhez köthető a gyülekezeti élet megszervezése, azonban már 1609-ben elhagyta Tatát és külföldi tanulmányútra indult.

A tatai református iskola az 1660-as években vett fel középiskolai funkciókat. Az iskola iratanyaga sajnálatos módon elpusztult az évszázadok során, így működésére csupán másodlagos források segítségével tudunk következtetni. Az iskolával kapcsolatos szórványos levéltári források elsősorban a tatai egyházmegye, illetve a tatai uradalom levéltárából kerültek elő, ezen kívül néhány egykori tanár visszaemlékezése szolgáltat adatokat. Ezekből tudjuk, hogy a tatai református gimnázium a térség jelentős középiskolái közé tartozott a korszakban.

Tudjuk, hogy az iskola a hatosztályos gimnáziumi képzés minden évfolyamát lefedte, így főgimnáziumi rangú intézmény volt. A tanári kar és a diákok létszámára a legbővebb adatot az 1736. évi esperesi vizitációs jegyzőkönyv közli. Eszerint a tanári kart 1 iskolamester és 1 segédtanító képezte, míg a diákság 6 tógátus diákból (a főgimnáziumi képzést jelentő felső két évfolyam tanulói, akik a kisebb diákok képzésében is kivehették részüket), 80 elemi és középfokú fiú tanulóból, és 30 elemi és középfokú lánytanulóból állt. Más forrásokból tudjuk, hogy a segédtanítók száma az évtizedek folyamán 1-3 fő között, míg a tógátus diákok száma 6-8 fő között mozgott.

A tatai gimnázium 1759-ig, a református közösség vallásgyakorlatának megszüntetéséig virágzóan működött. A gimnáziumban végzett diákok általában Debrecenbe vagy Pápára mehettek teológiát tanulni, vagy a tanítói pályán helyezkedhettek el segédtanítóként, vagy falusi iskolamesterként.