Vabaõhukooli rajamise idee tekkis Eestis 20 sajandi 30-ndate aastate algul, kui Lääne-Euroopa maades olid vabaõhukasvatuse põhimõtted juba laiemalt levinud. Idee algatajaks oli riigivanem K. Tema ja Eesti Punase Risti presidendi dr. H. Leesmendi ning direktor l. Nymani initsiatiivil leiti võimalus sanatoorse kooli rajamiseks K. Pätsi talu naabrusse, looduslikult kauni Pirita jõe ürgoru kaldale. Vabaõhukooli rajamise eesmärgiks seati nõrga tervisega, verevaeste, alatoitluse ja halbade korteriolude all kannatavate laste viimine tihedasse seotusse värske kosutava välisõhuga ja loodusega võimalikult kogu päevase töö kestel. Esialgu ei olnud kool mõeldud päris haigetele lastele. Kavas oli ehitada ühiselamu umbes 100 lapse majutamiseks ning koolihooned. Kool pidi andma 6-klassilise algkooli hariduse. Vabaõhukooli personali hulka pidi kuuluma koolijuhataja, 3 õpetajat, halastajaõde, pereema, aednik-instruktor, kojamees-kütja ja 4 teenijat. Hoonekompleksi ehitamiseks kuulutati välja ehitusprojekti ideekavandite võistlus, kus sai esikoha Pariisis elutseva Eesti naisarhitekti pr. Paula Delachier-Ilvese projekt. Selle projekti järgi valmisid ehitusjoonised arhitekt Konstantin Bölault. Ehitustööde juhatajaks määrati insener Voldemar Kask. Ehitustöödega alustati 10. sept. 1935. Pidulik nurgakivi panek toimus sama aasta 15. septembril. Üritusest võtsid osa riigivanem K. Päts, Kaitsevägede ülemjuhataja J. Laidoner, kaitseminister kindral P. Lill, Kaitseliidu ülem J. Orasmaa, valitsusasutuste, Eesti Punase Risti Peavalitsuse ja välissaatkondade esindajad. Aktuse avasõnas tegi Eesti Punase Risti president dr. H. Leesment teatavaks otsuse nimetada ehitatav objekt Konstantin Pätsi nimeliseks Eesti Punase Risti Vabaõhukool-Puhkekoduks. Nurgakivi paneku vaimuliku talituse toimetasid õpetaja Fr. Stokholm ja ülempreester N. Pats. Tervituskõne pidas ka Tallinna linnapea kindral J. Soots. Plaani järgi pidi kool valmis saama 1937. a.sügiseks, kuid ehitus lõpetati 1938. jaanuaris. Kool alustas tegevust 1. märtsil 1938. aastal 50 arsti soovitusel välja valitud õpilasega. Õppimine koolis oli tasuta, kuid internaadi kuludeks tuli maksta õpilase pealt 35 krooni kuus. Õppetöö toimus samade kavade järgi nagu teistes koolides. Uudseks meetodiks oli teadmiste ja oskuste omandamine mängude ja igapäevase praktilise tegevuse kaudu. Eriti hinnatav oli töötegemine, puhtus, kord ja distsipliin päevarežiimi täitmisel. Õppimise ja töö kõrvalt tegeldi agaralt kehakultuuriga. Esimeseks koolijuhatajaks oli Juhan Kull, kelle suurimaks unistuseks oli rajada kooliaed, kus oleks kiviktaimla, kalatiik, puukool, mesila koos viljapuudega ning saadud köögivilja kasvatada. Kooliaia jaoks kinkis K. Päts oma talu küljest 2,5 hektarit maad. Vabaõhukool-Puhkekodu pidulik avamine toimus 2. juunil 1938. Avamisel olid ministrid, riigiametnikud, Eesti Punase Risti juhtivad isikud, arstid ja välisriikide esindajad. Kooli ehituskompleks koosnes suurest kahekordsest tiibehitustega peahoonest, kolmest eraldi ehitatud klassihoonest ja majandushoonest. Peahoone kõrvale jäi veel eraldushoone, kus asusid ruumid haigestunud lastele, arstikabinet, korterid õele ja koolijuhatajale. Internaadihoones olid saun, pesuköök, käsitööklass, II korrusel magamistoad lahtiste rõdudega. Klassitubadest avanes lõõtsataoline sein kõrvalasuvale terrassile, kus ilusate ilmade puhul sai õppetööd läbi viia vabas õhus. Kooli ümbrusse oli rajatud park teede, mitmesuguste mängu- ja spordiplatside, kiikede, liumägede ja muude võimlemisvahenditega, et lapsed saaksid vabal ajal ennast füüsiliselt arendada. Suvevaheajal töötas koolis laste suvekodu, kus lapsed said tervist kosutada. Kooli tegevus katkes seoses sõja algusega 1941. aastal, mil hooned kohandati ümber Saksa sõjaväehaiglaks. Hiljem, 1944. aasta lõpul, nõukogude mereväelaste hospidaliks, mis tegutses kuni 1948. aastani.
1. septembril 1948. aastal alustas kool taas tööd, kuid Kose-Lükati Sanatoorse Metsakooli nime all. Metsakool avati esialgu tuberkuloosihaigetele lastele, 1970. aastast alates hakati vastu võtma ka teiste hingamisteede haiguste diagnoosidega lapsi: allergia, astma, kroonilised bronhiidid jt. Lapsi võeti pärast haiglaravi veel 3-kuulisele järelravile sanatoorses koolis. Tuberkuloosi leviku tõkestamiseks oli kool muudetud kinniseks raviasutuseks, vanemad tohtisid lapsi külastada ainult kord kuus. Kaheksakümnendate aastate lõpul kinnine koolirežiim kaotati. Lapsed hakkasid iga nädala lõpul kodus käima. Ka võivad vanemad nüüd lastega kohtuda igal ajal.
1994. aastal, peale Eesti taasiseseisvumist taastati kooli endine nimi. Kool nimetati ümber Tallinna Konstantin Pätsi Vabaõhukooliks.
Õpilaste päevaplaan on üldjoontes jäänud samaks. Muutused on toimunud kooliastmetes. Kuni 1948. aastani oli kool 6- klassiline, siis 7-klassiline, mis üsna pea muudeti 8-klassiliseks ning 1988. aastast töötab 9-klassilise põhikoolina. Muutuste põhjuseks oli üldriiklik koolisüsteemi muutumine.
