Erilaiset yhteistyötahot tukevat ja rikastuttavat koulun opetustyötä, oppimisympäristöä sekä toimintakulttuuria. Lainsäädännöllisesti edellytettäviä yhteistyötahoja ovat mm. sosiaali- ja terveyspalveluja tarjoavat viranomaiset. Opiskelijalla on myös oikeus suorittaa lukion oppimäärään kuuluvia opintoja muualla kuin omassa oppilaitoksessa, tai hän voi halutessaan suorittaa lukion oppimäärän ja ylioppilastutkinnon lisäksi toisen koulutusmuodon tutkinnon. Koulun yhteistyötahojen merkitys korostuu juuri tämänkaltaisissa tapauksissa.

Joensuun lyseon lukio tekee yhteistyötä erityisesti Joensuun Lyseon peruskoulun, Joensuun kaupungin muiden lukioiden, muiden toisen asteen oppilaitosten sekä Joensuun normaalikoulun kanssa. Tärkeitä yhteistyökumppaneita ovat myös Joensuun taidemuseo, kaupunginteatteri, kaupunginorkesteri ja Carelicum, Itä-Suomen yliopisto eri tiedekuntineen, Karelia-ammattikorkeakoulu sekä Konservatorio. Oppimisen ja opetuksen tukena toimivat jatkuvasti myös Yliopiston ja kaupungin kirjastot sekä Joensuun maakunta-arkisto. Yhteistyötä tehdään myös lukuisten ulkomaisten ystävyyskoulujen kanssa. Hengellisessä elämässä tärkeät yhteistyötahot Lyseon lukiolle ovat Joensuun evankelis-luterilainen ja ortodoksinen seurakunta. Lyseon lukio toimii Opetushallituksen ops-yhdyskouluna. Pyrimme myös tekemään mahdollisimman paljon yhteistyötä paikallisten tiedotusvälineiden sekä paikallisen ja maakunnallisen elinkeinoelämän kanssa.

Koulun ja kodin välistä yhteistyötä kehitetään Lyseon lukiossa yhteistyötoimikunnan voimin. Opettajien ja oppilaiden välisen yhteistyön kehittäminen on puolestaan yksi Lyseon lukion oppilaskunnan tavoitteista. Tämän lisäksi oppilaskunnalla on omia yhteistyökumppaneita niin elinkeinoelämän kuin muiden oppilaitosten kanssa.