千里高校の最大の特徴は、普通科を置かず「国際文化科」と「総合科学科」の2つの専門学科で構成されている点にあります。両学科ともに高い専門性を持ち、将来のキャリアを見据えた実践的な授業が展開されます。
国際文化科では、高度な英語運用能力の養成はもちろん、第二外国語（フランス語・ドイツ語・中国語・韓国語など）の習得や多文化理解、時事問題を扱うディベート・プレゼンテーションが日常的に行われます。さらに、千里高校は日本の国公立一条校として極めて早期から国際バカロレア（IB）DP認定校となっており、世界標準のカリキュラムを通じて国内外のトップ大学を目指すルートが確立されています。
一方、総合科学科は理数教育・情報科学に特化し、かつてのスーパーサイエンスハイスクール（SSH）指定等で培われた実験・研究手法を徹底的に学びます。大学や研究機関と連携したフィールドワークや課題研究論文の執筆など、大学学部レベルの研究リテラシーを高3の段階で身につけられる環境が整っています。
