Von 1813 – dem Jahr der Schließung der Franziskanerschule – bis 1837 gab es in Limburg keine weiterführende Schule mehr, das einzige Gymnasium des Landes war das Philippinum in Weilburg. Schließlich wird auf Initiative des Stadtpfarrers Halm 1837 eine höhere Schule errichtet, sie sollte als Privatschule der Vorbereitung zum Übergang auf das Weilburger Gymnasium dienen. Bald wird diese Lateinschule mit einer von der Landesregierung initiierten Realschule verbunden. Sie ist in den Räumen des alten Hospitalgebäudes sowie ab 1893 zum Teil in der Wilhelmitenschule untergebracht. Beim Übergang an Preußen 1870 wird sie in eine Höhere Bürgerschule mit Parallelklassen für den griechischen Unterricht umgewandelt, die bis ein Jahr vor das Abitur führt. Erst 1901 erfolgt der Ausbau zum Vollgymnasium, so dass 1903 die erste Reifeprüfung abgelegt werden kann. 1905 Umzug in den neu errichteten Bau am Fuße des Schafsberges. 1923 wird die Schule in ein Reformgymnasium und Reformrealgymnasium umgewandelt. 1956 Benennung als Tilemannschule. Durch das stetige Anwachsen der Schülerzahlen wird ein Neubau unumgänglich. 1962 zieht das Gymnasium aus, nach Umbauarbeiten wird das Gebäude Sitz der Kaufmännische Berufsschule, der Höheren Handelsschule sowie der Wirtschaftsoberschule und trägt den Namen Peter-Paul-Cahensly-Schule. 1968/69 wird ein mehrstöckiger Erweiterungsbau errichtet.

Der dreigeschossige Putzbau mit Rustikasockel und Werksteingliederungen, zentralem und rechtsseitigem Giebelrisalit sowie hohem Walmdach wurde von Stadtbaumeister Gollhofer geplant und 1905/06 errichtet. Er nimmt die gesamte westliche Seite des Freiherr-vom-Stein-Platzes ein, den er vollständig dominiert. Auf der Rückseite fügen sich drei Flügelbauten im rechten Winkel dem Hauptbau an.

Die Mächtigkeit der Kubatur, die rhythmische Reihung der Fenstergruppen, das Ecktürmchen an der südlichen Gebäudekante sowie verschiedene Schmuckelemente im Stil der Renaissance verleihen dem Gebäude den Charakter eines frühneuzeitlichen Schlossbaus. Hierzu trägt auch die große Freitreppe zum reich gestalteten Rundbogenportal bei. Die zentrale Achse des Mittelrisalits betont durch einen Schmuckbalkon mit spätgotischen Maßwerkformen, einem von Putti gehaltenen Stadtwappen Limburgs sowie im 2. Obergeschoss ein Dreiecksgiebel mit einem Kopf Athenas, Göttin der Künste und Wissenschaften. Auf der rechten Frontseite zweiachsiger Giebelrisalit mit Fächermotiven und Erbauungsjahr "1905". Eine große Fenstergruppe belichtete die ursprünglich dahinter liegende Aula (heute unterteilt in Schulräume). Im Inneren Haupttreppe mit massiven Säulen, die Nebentreppe mit Schmiedeeisengeländer in Jugendstilformen und viele weitere Ausstattungselemente erhalten.

Die Peter-Paul-Cahensly-Schule ist neben dem neuen Rathaus der größte und bedeutendste Bau des späten Historismus in Limburg. Er setzt zusammen mit der Platzanlage einen städtebaulich prägnanten Akzent im westlichen Neubaugebiet des späten 19. Jahrhunderts.