โรงเรียนเทพศิรินทร์เป็นโรงเรียนรัฐบาลแห่งแรกที่มีตราลักษณ์ประจำโรงเรียน โดยสมเด็จพระราชปิตุลาบรมพงศาภิมุข เจ้าฟ้าภาณุรังษีสว่างวงศ์ กรมพระยาภาณุพันธุวงศ์วรเดช ได้ประทานตราเมื่อ พ.ศ. 2467 ซึ่งมีการขออนุมัติจากกระทรวงธรรมการ (กระทรวงศึกษาธการในปัจจุบัน) อย่างเป็นทางการภายหลัง ใช้เป็นตราบนเสื้อสามารถของโรงเรียน และเป็นโรงเรียนแรกที่จัดทำเป็นเข็มสำหรับประดับเสื้อนักเรียน
องค์ประกอบของตราสัญลักษณ์โรงเรียนเทพศิรินทร์ประกอบไปด้วย
- ภาพอาทิตย์อุทัยทอแสงบนฝืนน้ำทะเล หมายถึง องค์สมเด็จพระราชปิตุลา บรมพงศาภิมุข เจ้าฟ้าภาณุรังษีสว่างวงศ์ กรมพระยาภาณุพันธุวงศ์วรเดช (ภาณุรังษี แปลว่า แสงแห่งพระอาทิตย์) ผู้ทรงมีพระมหากรุณาธิคุณมากมายแก่โรงเรียน และทรงถือว่าโรงเรียนนี้เป็นโรงเรียนในพระอุปถัมภ์ของพระองค์อีกด้วย
- อักษรประดิษฐ์ “ม” หมายถึง หม่อมแม้น ภาณุพันธุ์ ณ อยุธยา (สกุลเดิม บุนนาค) พระชายาในสมเด็จพระราชปิตุลา บรมพงศาภิมุข เจ้าฟ้าภาณุรังษีสว่างวงศ์ กรมพระยาภาณุพันธุวงศ์วรเดช เพื่อเป็นที่ระลึกถึงหม่อมแม้น ในฐานะผู้เป็นที่มาของการสร้าง “ตึกแม้นนฤมิตร์”
- ช่อดอกรำเพยผูกด้วยอุบะสีส้ม หมายถึง องค์สมเด็จพระเทพศิรินทราบรมราชินี ในรัชกาลที่ 4 ทรงมีพระนามเดิมว่า “หม่อมเจ้าหญิงรำเพย ศิริวงศ์” ทำเป็นเครื่องหมายไว้เพื่อเป็นประโยชน์แก่คนรุ่นหลังให้ระลึกอยู่เสมอว่า นามเทพศิรินทร์นั้นได้มาจากพระนามพระองค์ท่าน เป็นนามอันเป็นมงคลยิ่งควรรักษาไว้จงดี
- แถบริบบิ้นและพุทธสุภาษิต “น สิยา โลกวฑฺฒโน” แปลว่า ไม่ควรเป็นคนรกโลก คติพจน์ประโรงเรียนซึ่งสมเด็จพระพุทธโฆษาจารย์ (เจริญ ญาณวโร) เจ้าอาวาสวัดเทพศิรินทราวาสองค์ที่ 5 ได้ประสาทให้แก่โรงเรียน
