1551–1650 m. Pajevonio parapijoje veikė katalikų mokykla prie bažnyčios.
1774–1802 m. Edukacinės komisijos sprendimu mokykla buvo pertvarkyta į valstybinę.
1897 m., carinės Rusijos laikais, veikė mokykla, kurioje mokė lietuvis mokytojas.
Prieš Pirmąjį Pasaulinį karą buvo atidaryta pradinė mokykla, kuri priklausiusi Vilkaviškio apskričiai, Pajevonio valsčiui. Iš pradžių mokiniai mokėsi privačiuose pastatuose.
Apie 1926 m. mokyklos vedėjo J. Matulaičio iniciatyva buvo pastatyta raudonų plytų mokykla, kurioje mokėsi apie 70 mokinių. 1930 m. buvo pastatytas antras mokyklos aukštas, buvo 6 mokyklos skyriai.
Antrojo Pasaulinio karo metais mokykla buvo sugriauta ir pokario metais pradinės klasės mokėsi privačiuose namuose.
1949 m. pradinė mokykla išaugo į septynmetę.
1958 m. buvo pradėtas sugriauto mokyklos pastato kapitalinis remontas ir kitais metais atiduotas naudoti dviaukštis mokyklos pastatas.
1961 m. septynmetė mokykla pertvarkyta į aštuonmetę. 1963 m. prie mokyklos pristatytas priestatas.
1961–1968 m. prie Pajevonio septynmetės mokyklos veikė Pajevonio kaimo jaunimo vidurinė mokykla, išleidusi 7 abiturientų laidas. Ją baigė 58 abiturientai.
Nuo 1969 m. rugsėjo 1 d. aštuonmetė mokykla išaugo į vidurinę.
1981 m. pastatytas naujas mokyklos pastatas.
2011 m. mokykla išleido į gyvenimą paskutinę – keturiasdešimt trečiąją abiturientų laidą.
Nuo 2011 m. rugsėjo 1 d. mokykla reorganizuota į pagrindinę.
Pajevonio vidurinei mokyklai vadovavę direktoriai:
J. Matulaitis, A. Laukaitis, J. Akucevičius, V. Balčiūnienė, B. Račyla, V. Didžiūnaitis, J. Kavaliūnas, Z. Petrūnienė, K. Gavėnas, S. Jakimavičienė, E. Jakimavičius, V. Genys.
Nuo 2021 m. rugsėjo 1 d. Pajevonio pagrindinė mokykla reorganizuota, prijungiant ją prie Vilkaviškio r. Virbalio pagrindinės mokyklos, ir įsteigiant Vilkaviškio r. Virbalio pagrindinės mokyklos Pajevonio pagrindinio ugdymo skyrių.