同文館設立之初遭到清政府內極端守舊派人士的反對。
監察禦史張盛藻認為強盛中國的辦法依舊是堯舜之道，隻有通過精讀孔孟之書，明體達用，才能使國家規模宏大，所以他極力反對向洋人學習製造輪船、洋槍技術，主張朝廷命官一定要任用科甲正途者。接著，大學士倭仁也不斷提出“立國之道當以禮義人心為本，未有專恃術數而能起衰振弱者。天文、算學隻為末議，即不講習，於國家大計亦無所損。”從此，守舊派與洋務派在同文館的設立上發生了激烈爭論。倭仁聲望在當時學界很高，是理學權威，他一出來反對，響應者頗多，這樣，京師同文館雖然設立了講習天文、算學等自然科學的科目，但投考的人卻寥寥無幾。
同治十三年（1874年），總理衙門提出六條“緊急機宜”，發給各省總督、巡撫籌議。以李鴻章為首的實力派大肆倡導，辦洋務已成為一種時尚，於是同文館也隨之逐步興盛起來。在此之前曾增設了德文館，隨後又增設了東文館。光緒十三年（1887年）規定學生增加到120人。光緒二十一年（1895年）改學製三年為八年，分前館五年，後館三年。課程包括漢文、外文、天文、算學、物理、化學、世界史地和萬國公法等科目。此外設有為教學服務的化學實驗室、物理實驗室和博物館、天文台等。在此之前，還於同治十二年（1873年）設立了印書處，有中體和羅馬體活字四套，手搖機七部，承印同文館和總理衙門所翻譯的數、理、化、醫學曆史等書籍和文件。
同文館設管理大臣，由總理大臣委派，初由一人擔任，以後時有由二人擔任，負責主持管理同文館事務。其下設提調工人，幫助調二人，負責安排課程及督察學生勤惰之事。同文館的教課人員有總教習一人，洋教習若幹人，還有漢教習和漢文教習三人。總教習多由外國人擔任。同文館的經費、人事等方麵多為總稅務司英國人赫德所控製。同文館先後聘請了外國傳教士包爾騰、傅蘭雅、丁韙良等擔任教習或總教習，其中由赫德提名的總教習美國傳士丁韙良總管校務近30年。按規定，同文館不允許傳播西方宗教，但實際上洋教習們總是借機進行傳播。
光緒二十七年底（1902年）初，京師同文館並入京師大學堂，改稱“譯學館”，內設英、俄、法、德、日五國語文科目。
中日《馬關條約》
光緒二十年（1894年）八月一日，中日兩國同時宣戰，中日戰爭正式開始。九月下旬以後，隨著清軍的不斷失利，清朝廷中的主和派便開始乞求外國調停，由於列強各國或認為時機未到，或態度冷漠，也由於日本確定的媾和條件太苛刻，同時清朝廷中的主戰派還擁有一定實力，因此，主和派的幾次乞求外國調停活動都未成功。次年二月，北洋海軍的全軍覆滅，湘、淮等軍在遼東戰場相繼失敗，這使朝廷中的主戰派大為泄氣，一時間感到束手無策。二月十八日，清政府通知日本，將按照日本的要求派出全權代表，準備接受包括割地在內的屈辱條件。幾天後，清政府又進一步明確向日本宣布，任命李鴻章為全權大臣，日方提出的割地、賠款、訂約等談判內容，李均能全權處理。至此，日本同意議和。二十日，李鴻章應召到京，他考慮到日本提出的條件，深感此次議和責任重大，於是就先同軍機處商議。翁同和希望能做到不割地，而其餘大臣則擔心不割地就不能議和。李鴻章又先後同美英公使進行商量，但都不得要領。三月二日，恭親王奕向李鴻章傳達光緒麵諭，授予李以商讓土地之權。同日，李鴻章上摺陳述其對議和的看法，認為割地之事，古今中外皆有，“但能力圖自強之計，原不嫌暫屈以求伸”，隻是地有多寡要次之分，須力與爭辯，談判定有一番周折，朝廷必須密為籌備，防止日軍直犯京畿等等。