SMK Negeri 2 Pekanbaru merupakan sekolah kejuruan tertua di bidang teknologi di Provinsi Riau yang telah berdiri sejak tahun 1959 sebagai sekolah swasta dengan nama STM Karya Bakti.
Pada tahun 1967, sekolah ini beralih status menjadi sekolah negeri dengan nama STM Pekanbaru. Sekolah ini merupakan satu-satunya sekolah kejuruan negeri di Provinsi Riau pada saat itu, dengan tiga jurusan: Bangunan, Mesin, dan Listrik.
Nama STM Pekanbaru digunakan selama beberapa dekade hingga akhirnya diganti menjadi SMK Negeri 2 Pekanbaru pada tahun 1990-an. Saat itu, sekolah ini memiliki lima jurusan: Teknik Bangunan, Mesin Produksi, Otomotif, Elektronika, dan Listrik.
Pada tahun 1996, sekolah ini dipecah menjadi dua sekolah: SMK Negeri 2 Pekanbaru yang berlokasi di Jalan Pattimura No. 14 dengan tiga jurusan (Teknik Mesin, Otomotif, dan Bangunan), serta SMK Negeri 5 Pekanbaru yang berlokasi di Rumbai dengan dua jurusan (Teknik Listrik dan Elektronika). Pemecahan menjadi dua sekolah ini tidak serta-merta meningkatkan jumlah siswa yang dapat diterima di sekolah kejuruan, karena adanya keterbatasan kapasitas jurusan—terutama terkait peralatan dan ketersediaan guru kejuruan. Dengan demikian, pada dasarnya kapasitas gabungan kedua sekolah tersebut tetap sama dengan kapasitas sekolah asalnya.
Seiring dengan meningkatnya minat masyarakat untuk masuk SMK dari tahun ke tahun, SMK Negeri 2 Pekanbaru secara bertahap menambah jurusan dan bidang keahlian yang dimungkinkan. Langkah ini didasarkan pada pedoman hasil rekayasa ulang (*re-engineering*) yang dilakukan pihak sekolah bersama Bappeda Kota Pekanbaru. Bidang keahlian Listrik dibuka kembali dengan program keahlian Listrik Industri. Seiring berjalannya waktu, departemen dan program keahlian di sekolah ini terus dikembangkan hingga saat ini. SMK Negeri 2 Pekanbaru memiliki 2 Bidang Keahlian dan 8 Program Keahlian yang mencakup 16 Kompetensi Keahlian.
Pada tahun 2006, Program Keahlian Otomotif ditetapkan sebagai sekolah berstandar internasional melalui program *Advance Automotive Expertise*. Di penghujung tahun 2007, SMK Negeri 2 Pekanbaru ditetapkan sebagai Sekolah Nasional Berstandar Internasional (SNBI). Dengan demikian, seluruh program keahlian di sekolah ini diakui sebagai bagian dari sekolah berstandar internasional.
Perkembangan selanjutnya terjadi pada akhir tahun 2008, ketika sekolah ini diprogramkan menjadi SMK SBI (Sekolah Berstandar Internasional) dengan dukungan investasi ADB. Kegiatan ini dimulai pada tahun 2010, disertai tugas tambahan untuk membina 3 Sekolah Aliansi yang diharapkan dapat mencapai standar internasional dalam kurun waktu 4 tahun berikutnya. Pada tahun 2013, status SMK SBI dihapuskan menyusul putusan Mahkamah Konstitusi pada masa itu.
Pada tahun 2013, status SMK Negeri 2 Pekanbaru kembali ditingkatkan oleh Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan melalui Direktorat Pembinaan SMK menjadi SMK Rujukan di Provinsi Riau. Memasuki Tahun Ajaran 2013/2014, seiring dengan pemberlakuan Kurikulum 2013, SMK Negeri 2 Pekanbaru ditunjuk sebagai *super cluster* (pusat klaster utama) pelaksanaan Kurikulum 2013 yang bertugas membina SMK-SMK lain di Provinsi Riau.
Selama lebih dari empat dekade sejak beralih menjadi sekolah negeri, sekolah ini telah dipimpin oleh 10 orang kepala sekolah serta 3 orang Pelaksana Tugas (Plt.) Kepala Sekolah, yang berasal dari berbagai kalangan—mulai dari pejabat Direktorat Dikmenjur dan pengawas sekolah hingga guru senior di sekolah ini.