หลักสูตรแกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐาน พุทธศักราช 2551 กำหนดให้นักเรียนต้องลงทะเบียนเรียนรายวิชาเพิ่มเติม ไม่น้อยกว่า 36.0 หน่วยกิต (1,440 ชั่วโมง) โดยแต่ละโรงเรียนสามารถออกแบบโครงสร้างรายวิชาเพิ่มเติม ให้เหมาะสมสอดคล้องกับความต้องการและศักยภาพของนักเรียน รวมถึงอุดมการณ์และเป้าหมายในการพัฒนานักเรียนของโรงเรียนได้ โรงเรียนกำเนิดวิทย์ได้ออกแบบรายวิชาเพิ่มเติมตามวัตถุประสงค์และอุดมการณ์ที่เป็นอัตลักษณ์ของโรงเรียน ทั้งนี้เพื่อพัฒนานักเรียนและตอบสนองความต้องการของนักเรียนเป็นรายบุคคล โดยกำหนดให้นักเรียนต้องลงทะเบียนเรียนไม่น้อยกว่า 45.5 หน่วยกิต (1,820 ชั่วโมง) โดยแบ่งรายวิชาเพิ่มเติมเป็น 2 กลุ่ม คือ รายวิชาเพิ่มเติมที่นักเรียนทุกคนของโรงเรียนต้องลงทะเบียนเรียนจำนวน 41.5 หน่วยกิต (1,660 ชั่วโมง) และรายวิชาเพิ่มเติมที่นักเรียนเลือกลงทะเบียนเรียนตามความถนัดและความสนใจ จำนวนไม่น้อยกว่า 4.0 หน่วยกิต (160 ชั่วโมง) รายวิชาเพิ่มเติมในสาขาวิชาฟิสิกส์ เคมี และชีววิทยา ได้จัดให้มี 2 ระดับ คือระดับปกติและระดับสูง สาระและกิจกรรมการเรียนการสอนระดับสูงได้จัดให้เทียบเคียงกับหลักสูตรของมูลนิธิส่งเสริมโอลิมปิกวิชาการและพัฒนามาตรฐานวิทยาศาสตร์ศึกษา ในพระอุปถัมภ์สมเด็จพระเจ้าพี่นางเธอเจ้าฟ้ากัลยาณิวัฒนากรมหลวงนราธิวาสราชนครินทร์ (สอวน.) หลักสูตรระดับสูงของสหรัฐอเมริกา (Advanced Placement หรือ AP) และหลักสูตรระดับ A-level ของอังกฤษ โดยนักเรียนสามารถเลือกเรียนได้ตามศักยภาพและความสนใจของตนเอง การเรียนรายวิชาเพิ่มเติมของกลุ่มสาระการเรียนรู้ภาษาอังกฤษที่นักเรียนทุกคนต้องลงทะเบียนเรียน จำนวน 6 หน่วยกิต มุ่งเน้นการพัฒนาศักยภาพด้านภาษาอังกฤษของนักเรียนเป็นพิเศษ โดยตั้งเป้าหมายว่านักเรียนที่เรียนจบจากโรงเรียนกำเนิดวิทย์ ต้องมีทักษะภาษาอังกฤษดีเลิศในการสื่อสาร การสืบค้นข้อมูล การนำเสนอผลงานทั้งภาคโปสเตอร์และภาคบรรยาย การเขียนรายงานเผยแพร่ในเอกสารวิชาการ การสมัครขอรับทุน และการสมัครเข้าศึกษาต่อในมหาวิทยาลัยวิจัยชั้นนำของโลก นอกจากนั้น นักเรียนต้องลงทะเบียนเรียนรายวิชาเพิ่มเติมภาษาต่างประเทศภาษาที่ 2 อีกหนึ่งภาษา จำนวน 2.0 หน่วยกิต โดยเน้นการเรียนภาษาของกลุ่มประเทศอาเซียนและประเทศเอเชียตะวันออก โดยมีจุดมุ่งหมายเพื่อให้นักเรียนสามารถสื่อสารในระดับเบื้องต้นได้ และเพื่อเป็นพื้นฐานในการศึกษาต่อในระดับที่สูงขึ้นต่อไปสำหรับนักเรียนที่สนใจภาษานั้น ๆ เป็นพิเศษ รายวิชาเพิ่มเติมที่เปิดให้นักเรียนเลือกเรียนได้อย่างเสรีเป็นการพัฒนาศักยภาพ ตามความถนัด ความสามารถ ความรัก และความสนใจของนักเรียนเป็นรายบุคคล นักเรียนอาจเลือกเรียนรายวิชาของกลุ่มสาระการเรียนรู้กลุ่มใดกลุ่มหนึ่งทั้ง 4 หน่วยกิตหรือมากกว่าก็ได้ หรืออาจเลือกเรียนรายวิชาจากหลายกลุ่มสาระ การเรียนรู้ก็ได้ เมื่อรวมกันแล้วต้องมีจำนวนไม่น้อยกว่า 4 หน่วยกิต ในขณะเดียวกัน โรงเรียนจะนำรายวิชาคณิตศาสตร์และคอมพิวเตอร์ระดับหลักสูตรของมูลนิธิส่งเสริมโอลิมปิกวิชาการและพัฒนามาตรฐานวิทยาศาสตร์ศึกษาในพระอุปถัมภ์สมเด็จพระเจ้าพี่นางเธอเจ้าฟ้า กัลยาณิวัฒนากรมหลวงนราธิวาสราชนครินทร์ (สอวน.) และจะประสานนำรายวิชาคณิตศาสตร์ เคมี ชีววิทยา และฟิสิกส์ระดับอุดมศึกษาโดยความเห็นชอบของสถาบันอุดมศึกษานั้น ๆ มาเปิดสอนให้นักเรียนเลือกเรียนตามความถนัดและความสนใจด้วย รายวิชาเพิ่มเติมบางรายวิชายังเป็นรายวิชาที่เปิดโอกาสให้ผู้เรียนได้ใช้ความรู้และทักษะที่เรียนในการศึกษาวิเคราะห์วิจัยปัญหาในท้องถิ่นด้านสังคม ศิลปวัฒนธรรม อาชีพในท้องถิ่น และปัญหาสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติอีกด้วย