祇園北高校の大きなアイデンティティとなっているのが、普通科内に設置された祇園北高校理数コース（1クラス規模・約40名）です。理数系分野に特化した高度な探究活動を行うこのコースは、将来の理系スペシャリストを目指す中学生から高い人気を集めています。
理数コースの最大の魅力は、通常の理科・数学の授業に加えて行われる「課題研究」や大学・研究機関と連携したフィールドワークです。生徒自らが実験テーマを設定し、仮説検証を行い、学会や研究発表会でプレゼンテーションを行うなど、大学院レベルの探究プロセスを高校生のうちに体験できます。
この探究実績は、近年の大学入試で急速に枠が広がっている総合型選抜（旧AO入試）や学校推薦型選抜において極めて強力な武器となります。実際に、難関国公立大学の理学部・工学部・農学部・医療系学部へ推薦で現役合格を果たす生徒の多くが理数コース出身者です。
ただし、カリキュラムの進度が速く、高度な数学的思考力と理科の論述力が求められるため、「なんとなく理系」という動機で進学すると負担が大きくなる点には注意が必要です。理数科目への知的好奇心と自走力を持った生徒にとって、これ以上ない成長環境と言えます。
