โรงเรียนมีข้อตกลงกับโรงเรียน/สถาบันการศึกษาในประเทศ เพื่อการพัฒนา ส่งเสริม สนับสนุน เพิ่มพูนศักยภาพทางวิชาการ และแลกเปลี่ยนเรียนรู้ทั้งนักเรียนและครูผู้สอนอย่างกว้างขวางระหว่างกัน จำนวน 9 ฉบับ ประกอบด้วย

โครงการความร่วมมือทางวิชาการกับโรงเรียนจุฬาภรณราชวิทยาลัย

คณะกรรมการบริหารโรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ ในการประชุมครั้งที่ 54/1/2551 เมื่อวันที่ 30 มกราคม 2551 ได้มี มติเห็นชอบตามข้อเสนอของสำนักงานคณะกรรมการการศึกษาขั้นพื้นฐาน (สพฐ.) ให้ความร่วมมือทางวิชาการกับ โรงเรียนจุฬาภรณราชวิทยาลัยทั้ง 12 แห่ง การให้ความร่วมมือทางวิชาการเริ่มต้นจากการเพิ่มพูนศักยภาพผู้บริหารกลุ่ม โรงเรียนจุฬาภรณราชวิทยาลัย โดยการจัดประชุมสัมมนา ศึกษาดูงาน ทั้งในและต่างประเทศ และการเชิญผู้ทรงคุณวุฒิ ทั้งในและต่างประเทศมาบรรยายให้ความรู้กับกลุ่มผู้บริหารโรงเรียนจุฬาภรณราชวิทยาลัย จากนั้นจึงได้เชิญบุคลากรของ กลุ่มโรงเรียนจุฬาภรณราชวิทยาลัย มาทำความรู้จักกับโรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ ในรูปแบบของการเยี่ยมชม การศึกษา ดูงาน และการฝึกอบรม เพื่อให้บุคลากรของโรงเรียนจุฬาภรณราชวิทยาลัยทุกคน ได้เข้าใจ ได้เห็นคุณค่าของการจัดการ ศึกษาสำหรับผู้มีความสามารถพิเศษด้านคณิตศาสตร์และวิทยาศาสตร์ ตามแนวทางของโรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์

ในปีงบประมาณ 2551 สำนักงานคณะกรรมการการศึกษาขั้นพื้นฐาน (สพฐ.) และโรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ ได้ลงนามข้อตกลงความร่วมมือในการจัดการเรียนการสอนห้องวิทยาศาสตร์ของโรงเรียนจุฬาภรณราชวิทยาลัยทั้ง 12 แห่ง เมื่อวันที่ 12 กุมภาพันธ์ 2551 ทำให้การให้ความร่วมมือทางวิชาการระหว่างโรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์กับโรงเรียน จุฬาภรณราชวิทยาลัย มีความเป็นระบบมากขึ้น

โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ได้ให้ความร่วมมือในการดำเนินงานและให้บริการวิชาการแก่โรงเรียนจุฬาภรณราช วิทยาลัยอย่างต่อเนื่องโดยมุ่งหวังที่จะพัฒนาโรงเรียนจุฬาภรณราชวิทยาลัยสู่ความเป็นเลิศในการจัดการเรียนการสอน สำหรับผู้มีความสามารถพิเศษด้านคณิตศาสตร์และวิทยาศาสตร์ ให้เหมาะสมกับบริบทของโรงเรียนจุฬาภรณราช วิทยาลัยแต่ละแห่ง ในปีงบประมาณ 2551 โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ได้จัดสรรงบประมาณจำนวนหนึ่ง เพื่อสนับสนุน การจัดการเรียนการสอนนักเรียนห้องวิทยาศาสตร์ของโรงเรียนจุฬาภรณราชวิทยาลัยทั้ง 12 แห่ง ในขณะเดียวกัน สพฐ. ก็ได้จัดสรรงบประมาณอีกจำนวนหนึ่ง เพื่อสนับสนุนการจัดการเรียนการสอนของนักเรียนดังกล่าวด้วย

ในปีงบประมาณ 2551 โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ และสพฐ. มีข้อตกลงร่วมกันให้โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ ดำเนินการรับสมัครและคัดเลือกนักเรียนเข้าเป็นนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4 ห้องวิทยาศาสตร์ของโรงเรียนจุฬาภรณ ราชวิทยาลัยทั้ง 12 แห่ง ๆละ 1 ห้องเรียน ๆ ละ 24 คน โดยใช้เกณฑ์และเครื่องมือในการคัดเลือกเช่นเดียวกันกับของ โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ รวมถึงตกลงให้ใช้หลักสูตรโรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ในการจัดการเรียนการสอนนักเรียนกลุ่มนี้