桐光学園の名を全国区に押し上げたもうひとつの柱が、トップアスリートを育成する部活動の存在です。日本サッカー界の至宝・中村俊輔氏や、MLBで活躍する剛腕サウスポー・松井裕樹投手をはじめとするトッププロを多数輩出してきました。
サッカー部は全国高校サッカー選手権大会やインターハイで幾度となく上位進出・優勝争いを演じ、卓越した戦術眼とテクニックを重視した指導法が確立されています。また、夏の甲子園で1試合22奪三振という不滅の記録を樹立した野球部も、徹底したコンディショニング管理とデータ分析を取り入れた指導で激戦区・神奈川の頂点を常に争っています。
特筆すべきは、スポーツ推薦で入学したトップ選手だけでなく、一般受験で入学した生徒たちも文武両道を体現している点です。同校の部活動と学業の両立体制においては、テスト前の学習管理や部活動生向けの補習体制が整えられており、強豪運動部で汗を流しながら難関大学へ現役合格を果たす生徒も珍しくありません。