Sekolah Tun Fatimah adalah sebuah sekolah berasrama penuh yang bermula dengan hanya satu kelas peralihan dibawah naungan Kolej Perguruan Perempuan Melayu Melaka pada 1956. Asalnya sekolah ini hanya dikenali sebagai Sekolah Menengah Perempuan Melayu.

Pada 1958, ia telah dirasmikan oleh Menteri Pelajaran Encik Khir bin Johari yang telah memberi nama Sekolah Tun Fatimah. Pada 1956, hanya ada sejumlah 40 murid perempuan dari seluruh Malaya dan ditempatkan buat sementara di Sekolah Perempuan Durian Daun, Melaka. Murid-murid ini adalah yang mencapai keputusan terbaik dalam peperiksaan Darjah 6 kerajaan.

Berpindah ke  premis sekarang pada   tahun 1964. Diiktirafkan sebagai  Sekolah Kluster Kecemerlangan pada akhir tahun 2008. Pada tahun 2010, STF telah dianugerahkan Sekolah Berprestasi Tinggi Kumpulan Kohort Pertama. Pada tahun 2014, STF telah menerima Anugerah Kualiti Menteri Pendidikan (AKMP).