Sekitar tahun 1968 Pemerintah Daerah Kabupaten Gunungkidul mengupayakan berdirinya sebuah STM swasta dengan jurusan Geologi Pertambangan yang dipimpin oleh Bapak R. Tjokrohandojo yang berlokasi di kecamatan Patuk, dan pada tahun yang sama STM ini pada akhirnya diijinkan menumpang di gedung transmigrasi di dusun Ledoksari, desa Kepek, kecamatan Wonosari.
Pada saat yang bersamaan di Wonosari telah berdiri Sekolah Teknik (ST) I dengan Jurusan Mesin, yang dipimpin oleh Bapak Gitomartono, ST I berlokasi di Desa Kepek, di gedung CV. Pembina kompleks Toko Garuda Sport.
Kemudian di Desa Bandung, Kecamatan Playen juga didirikan ST II dengan jurusan Bangunan Air. ST II ini dipimpin oleh Bapak Masimin menempati Gedung milik Departemen Perindustrian.
Kemudian di Desa Kepek, Kecamatan Wonosari juga didirikan ST III dengan jurusan Geologi Pertambangan. ST III ini menempati Gedung yang saat di gunakan unit pertokoan Kartika Motor dan dipimpin oleh Bapak Pareng.
Seiring dengan rencana regrouping ST/STM di Yogyakarta maka STM Negeri Percobaan I Jetis yang dipimpin oleh Bapak Muchamad Daldiri Atmanegara setelah diserahterimakan kepada Koordinator komplek ST /STM Jetis (Bapak Soehardjo) kemudian pindah ke Wonosari dan diserahterimakan koordinator komplek ST di Wonosari dengan Surat Keputusan (SK) Menteri Pendidikan dan Kebudayaan No. 2438/0/1972 tanggal 12 Desember 1972. Terhitung tanggal 1 Januari 1973 STM Negeri Percobaan 1 Jetis bertempat di Wonosari kabupaten Gunungkidul.
Pada tanggal 1 Januari 1975 terjadi perubahaan nama STM Percobaan menjadi STM Negeri Wonosari yang dikuatkan dengan SK Menteri Pendidikan dan Kebudayaan No. 020/0/1975 tertanggal 7 Februari 1975. Maka terhitung mulai tanggal 7 Februari 1975 STM Negeri Wonosari dinyatakan berdiri dengan jurusan Bangunan Gedung, Mesin dan Listrik, yang dipimpin oleh kepala sekolah Bapak Subandi HK.
Tidak lama kemudian pada tahun yang sama atas usaha Mayor Sutedjo dan Bupati Kepala Daerah kala itu yaitu Bapak KRT Joyodiningrat, membangun Gedung STM Negeri Wonosari di dusun Ledoksari, desa Kepek, kecamatan Wonosari. Bangunan pertama yang dibangun adalah berbentuk L yang dilaksanakan oleh pengusaha yang dermawan dari Bandung, Jawa Barat.
Pada tahun 1976, seluruh siswa ST sudah tamat sehingga hanya siswa STM Negeri Wonosari saja yang menempati gedung di dusun Ledoksari. Dan hal ini didukung dengan banyaknya guru yang ditempatkan di STM Wonosari lulusan IKIP Yogyakarta. Beberapa tahun kemudian sejak tahun 1975/1976 berdasarkan Proyek Pelita maka gedung STM Wonosari lama kelamaan semakin banyak berdiri sehingga sekarang kita masih dapat melihatnya.
Pada tahun 1985/1986, STM Negeri Wonosari memiliki 4 jurusan, yaitu Bangunan, Listrik, Mesin, dan Otomotif dengan jumlah kelas 21 kelas, jumlah siswa 649 orang, jumlah guru 73 orang dan pegawai tata usaha dan toolman sebanyak 36 orang.
Pada tahun 1996 seluruh sekolah kejuruan di Indonesia yang sebagian besar jenjang SMEA dan STM berganti nama menjadi SMK. Maka seiring perubahaan tersebut pada tahun pelajaran 1996/1997 STM Negeri Wonosari berubah nama menjadi SMK Negeri 2 Wonosari, sedangkan SMEA Negeri Wonosari berubah nama menjadi SMK Negeri 1 Wonosari. Pengurutan nama SMKN1 dan SMKN2 ini berdasarkan urutan tahun berdirinya kedua sekolah tersebut.
Pada tahun 2000 di buka rintisan jurusan baru program 200 jam yaitu Teknik Komputer dan Informatika yang siswanya diambilkan dari jurusan Listrik. Baru pada tahun pelajaran 2001/2002 secara resmi membuka jurusan Teknik Informatika dan Komersial dan berubah nama jurusannya Teknik Komputer dan Jaringan pada tahun pelajaran 2002/2003. Dan pada tahun pelajaran 2006/2007 dikembang jurusan Mulitimedia.
Pada tahun 2000/2001 di buka Jurusan Nautika Perikanan Laut yang kemudian sejak tahun 2005/2006 menjadi rintisan berdirinya SMK Negeri Tanjungsari dan menempati Gedung eks SMP Negeri 2 Tepus sampai sekarang.
Pada tahun yang sama 2000/2001 juga di buka Jurusan Elektronika sebanyak 2 kelas yang sebagian proses pembelejarannya menempati bekas Gedung SMEA/SMKN 1 Wonosari di dusun Tawarsari desa Wonosari. Pada tahun 2002/2003 Jurusan Elektronika secara serentak semua siswa pindah di Gedung di dusun Tawarsari dan menjadi rintisan berdirinya SMK Negeri 3 Wonosari sampai saat ini. Dan pada saat yang bersamaan tahun pelajaran 2002/2003 di buka jurusan Elektronika di SMK Negeri 2 Wonosari.
Pada tahun pelajaran 2006/2007 jurusan Teknik pemesinan membuka jurusan baru yaitu Teknik Pengelasan sebanyak satu kelas 32 siswa, disusul kemudian pada tahun 2008/2009 jurusan bangunan yang semula 3 kelas di buka rintisan jurusan gambar bangunan sebanyak 2 kelas. Sehingga mulai saat itu komposisi jurusan bangunan, 1 kelas jurusan konstruksi batu dan beton, 2 kelas untuk jurusan gambar bangunan.
Maka terhitung sejak tahun pelajaran 2008/2009 sampai saat ini jumlah rombongan belajar di SMK Negeri 2 Wonosari sebanyak 45 rombel dengan perubahaan jumlah siswa perombel sejak tahun pelajaran 2019/2020 sebanyak 36 siswa yang semula 32 siswa.
Periode kepemimpinan Kepala Sekolah STM Negeri Wonosari atau SMK Negeri 2 Wonosari adalah :
Periode 1 (1975-1989) Bapak Subandi HK Kepek Wonosari
Periode 2 (1989-1996) Bapak Drs. Bambang Samsudin Kepek Wonosari
Periode 3 ((1997-2005) Bapak Drs. H. Mustaid, M.Pd Kepek Wonosari
Periode 4 (2006-2015) Bapak Drs. H. Sangkin, M.Pd Salam Patuk
Periode 5 (2016-2018) Bapak Drs. H. Rachmad Basuki, S.H, M.T Mijahan Semanu
Periode 6 (2018-2019) Bapak Basuki, M.Pd Klenisan Prambanan
Periode 7 (2020-sekarang) Bapak Ahmad Darmadi, S.Pd, M.Eng Karangmojo
Pada hari ini, 7 Februari 2023 STM Negeri Wonosari/SMK Negeri 2 Wonosari genap berusia 47 tahun, dengan anggota keluarga sebanyak : 1.583 siswa, 128 Bapak Ibu/Guru dan Pegawai, 12 orang Tenaga OS, 4 orang THL menempati bangunan Gedung seluas 18.175m2 dengan lahan seluas 32.197 m2.