През 1948 година в сградата на съществуващото училище на булевард „Трайчо Костов” се обособява Втора гимназия. След години същата гимназия се превръща в Единно средно училище за обучение на ученици от 1 до 11 клас.
През 50- те години на 20 век се построява новата сграда между бул.” Трайчо Костов” и улиците „Седмочисленици” и „ Презвитер Козма”.
Строителството започва през 1959 година и завършва през 1963 год. Сградата е проектирана от младия и талантлив архитект Владимир Роменски.
На 1.09.1962 година училището получава статут на основно училище с номер 122 с пръв директор Христо Илиев.
Учебната 1963/1964 започва в новата слънчева сграда, а през 1964 училището приема името на Христо Кърпачев- учител, поет и партизанин, загинал в антифашистката борба.
От 1970г. директор е Тодор Кьопчев. През септември 1972г. училището е определено за базово на Научноизследователския институт по сугестология. За първи път в света в българско училище се експериментира сугестопедичното обучение в учебния процес под ръководството на ст.н.с. ДМН Георги Лозанов.
В течение на десетилетия колективът приема чуждестранни делегации, в които участват известни журналисти, просветни дейци, именити учени от цял свят. Непрекъснато се провеждат срещи с учители от цялата страна и от чужбина.
През учебната 1978/79 е получено звание „Образцово училище”, а през месец януари 1985 г. за пръв път е използван компютър в обучението. През 1987 г. училището получава орден „ Кирил и Методий”.
Сегашното име „Николай Лилиев” се получава през 1992г. по решение на педагогическия съвет.
Учениците ни често са сред първите в национални състезания, спортни турнири и на олимпиади по различните предмети- български език, математика, физика, химия, биология.
90% от децата биват приети в най- елитните столични гимназии. Принос за този факт има и учителският колектив, който е отлично професионално подготвен.
Изучават се три чужди езика: английски, руски и немски. За допълнително усвояване на английския може да се посещава училищният АЛИАНС.
За учениците от 1- 4 клас е организирана занималня.
В предучилищната група децата се обучават по дидактичната система „Моливко”, като се използват и различни интерактивни методи. На открити уроци и тържества пред родителите най-малките показват талант и знания.
Училището разполага с ресурсен кабинат, в който работят специално подготвени и изявени психолози, логопеди и ресурсни учители.
Ученици и учители участват в международни проекти към Центъра за развитие на човешките ресурси по съпътстващи програми:
- Коменски
- eTwinning,
- по проекти към МОМН за физическо възпитание и спорт.
За физическото развитие на децата разполагаме със спортна база – просторен физкултурен салон и фитнес зала. Желаещите могат да се включат в отбори по волейбол, баскетбол, хандбал, група за лечебна физкултура и др. Редовно награди от състезания получават и отборите по футбол, бадминтон и плуване.
Наши деца участват в състава към читалище „Пенчо Славейков”,с който печелят международни конкурси, и във вокална група „Дъга” към Арт център Кърнолски.
На екскурзии, „зелени” и „бели” училища децата се запознават с интересни обекти, свързани с миналото и настоящето на нашия народ, и с прекрасната ни природа.
