Петр Столыпин принадлежал к старинному дворянскому роду, хранившему традицию давней государственной службы. Среди близких родственников П.А. Столыпина — значимые имена русской истории и литературы: М.Ю. лермонтов, л. Н. Толстой, канцлер А.М. Горчаков. Детство П.А. Столыпина, как и М.Ю. Дермонтова, прошло в подмосковном имении Середниково. Здесь в 2006 г. усилиями Фонда изучения наследия П.А. Столыпина была открыта музейная экспозиция, посвященная жизни государственного деятеля.
Столыпин получил основательное домашнее образование, прошел полный курс классической гимназии в Вильне и Орле, сдав все экзамены (это удавалось немногим — менее чем половине из всех поступивших). В 1881 г. Столыпин поступил на физико-математический факультет Петербургского университета. Сам выбор специальности свидетельствует о многом: Столыпин предпочел науку, а не традиционную карьеру российского чиновника, юриста по образованию. Само по себе показательно, что Столыпин сдавал экзамены экстерном. В 1885 г. подготовил высоко оцененную преподавателями дипломную работу, за которую получил степень кандидата. Однажды Столыпину пришлось сдавать экзамен самому Д.И. Менделееву. Великий ученый так увлекся, что начал задавать вопросы, не освещенные в лекционном курсе. По воспоминаниям дочери будущего премьера Марии, «учившийся и читавший по естественным предметам со страстью, Столыпин отвечал на все, не задумываясь, так что экзамен стал переходить в нечто похожее на ученый диспут. Наконец, профессор опомнился, схватился за голову: «Боже мой, что же это я? Ну, довольно, пять, пять, великолепно!»
Столыпин от природы имел волевой характер. C семи лет Столыпин тяжело болел. У него было редкое недомогание — тиф костного мозга, из-за которого он всю жизнь не владел кистью правой руки. Столыпин очень много в своей жизни писал и при этом испытывал физические страдания, всякий раз поддерживая правую руку левой. В течение 10 лет он каждый год переносил операции. У него было лишь два-три месяца на учебу в году, и, тем не менее, он неизменно наверстывал упущенное.
Столыпин рано, еще будучи студентом, женился. Для этого пришлось преодолевать недоверие руководства университета, которое с первого раза не дало своего согласия на брак, посоветовав сосредоточиться на учебе. Столыпину пришлось совмещать занятия со службой на низших чиновничьих должностях в Министерстве внутренних дел, а затем в Министерстве земледелия и государственных имуществ. С одной стороны, он считал важным сочетать теоретическую подготовку с практикой, а с другой — не пожелал перекладывать бремя забот о молодой семье на родителей.