โรงเรียนทะเมนชัยพิทยาคม ตั้งอยู่ที่ หมู่ 13 บ้านบุลิ้นฟ้า ตำบลทะเมนชัย อำเภอลำปลายมาศ จังหวัดบุรีรัมย์ ติดกับถนนสายทะเมนชัย – บ้านหนองม่วง ห่างจากบ้านทะเมนชัย 2.5 กิโลเมตร เดิมเป็นโรงเรียนสาขาของโรงเรียนธารทองพิทยาคม โดยกรมสามัญศึกษาได้อนุมัติให้จัดตั้งโรงเรียนสาขา ตั้งแต่วันที่ 19 มีนาคม 2535 และให้รับนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1 ภาคเรียนที่ 1 ประจำปีการศึกษา 2535 แบบสหศึกษา โดยโรงเรียนได้อาศัยโรงครัวและห้องสมุดซึ่งอยู่ภายในวัดอัมพวัน บ้านหนองม่วงเป็นสถานที่เรียนชั่วคราว และนายปรีดา ขาวสกุล ผู้อำนวยการโรงเรียนธารทองพิทยาคมในขณะนั้น ได้แต่งตั้งให้นายบุญไทย ทองก้อน เป็นผุ้ดูแลโรงเรียน ต่อมาเดือนพฤศจิกายน 2535 นายสุรศักดิ์ ศรีสว่างรัตน์ ผู้อำนวยการโรงเรียนธารทองพิทยาคม ได้มาตรวจเยี่ยมโรงเรียนสาขา ได้เห็นสภาพสถานที่บริเวณวัดอัมพวัน บ้านหนองม่วง ซึ่งเป็นสถานที่เรียนชั่วคราวไม่เหมาะที่จะเรียนต่อไป จึงย้ายโรงเรียนมาตั้งอยู่บริเวณที่สาธารณประโยชน์ ซึ่งสภาตำบลทะเมนชัยได้อนุมัติให้ใช้เป็นที่ตั้งโรงเรียน

โรงเรียนทะเมนชัยพิทยาคม ได้รับการประกาศจัดตั้งเมื่อวันที่ 30 เมษายน 2539 ตามประกาศของกระทรวงศึกษาธิการ เรื่องการจัดตั้งโรงเรียนรัฐบาล ลงนามวันที่ 30 เมษายน 2539