В 1851 году Писарев был отдан в одну из лучших гимназий Петербурга. О своих гимназических годах он позднее отзывался не менее иронически: "Я принадлежал в гимназии к разряду овец; я не злился и не умничал, уроки зубрил твердо, на экзаменах отвечал красноречиво и почтительно и в награду за все эти несомненные достоинства был признан "преуспевающим". В этой позднейшей автохарактеристике краски, конечно, сгущены. Однако и другие сохранившиеся данные говорят о том, что мальчик дома и в гимназии воспитывался в верноподданническом духе, ему прививались мысли о почтительности к признанным "авторитетам", его готовили к блестящей и спокойной карьере; на душу его не ложились тяжелые впечатления окружающей нищеты, социальной несправедливости, крепостнического гнета.
Успешно окончив гимназию, Писарев в 1856 году поступил на историкофилологический факультет Петербургского университета. В статье "Наша университетская наука", написанной всего два года спустя после окончания университета. Писарев говорит о своих профессорах и товарищах по факультету в резко памфлетных тонах. Иронически отзывается он и о своих занятиях в университете. В студенческие годы Писарев мечтал об академической ученой карьере. Он сблизился с кружком способных студентов-филологов, одним из его товарищей в это время был известный впоследствии литературовед Л. Н. Майков. Участники этого кружка культивировали интересы "чистой академической науки", от политических вопросов они держались в стороне.
Но в эти же годы впервые проявились идейные искания Писарева. В университете он много и успешно занимался, получил серьезную подготовку в области истории и филологии. Первой печатной работой его было опубликованное в 1860 году в "Сборнике, издаваемом студентами Петербургского университета" сочинение, посвященное характеристике известного немецкого филолога-идеалиста В. Гумбольдта. Оканчивая университет, Писарев избрал темой кандидатской диссертации характерный эпизод из истории разложения рабовладельческого общества в Римской империи, ярко обрисовав мистическое учение одного из "пророков" этого времени - Аполлония Тианского и ту обстановку, которая вызвала к жизни это мистическое учение. Позднейшие работы Писарева показывают, как глубоки и разносторонни были полученные им исторические знания. Но самое главное было не в этом.
С развитием революционных событий в начале шестидесятых годов, с возникновением демократического движения в среде тогдашнего студенчества назревает и крепнет у Писарева чувство неудовлетворенности окружающей обстановкой, мучительное сознание невозможности следовать ранее избранным путем. Писарев к концу пребывания в университете, по его же признаниям и по свидетельству его сокурсников, все более отдалялся от кружка студентов-филологов, в котором господствовали узко специальные интересы. Его привлекает теперь широкое поле общественной деятельности, литературная работа; круг интересов быстро расширяется, чувство живой жизни берет свое. Назревает серьезный духовный кризис, вскоре и совершившийся в Писареве.