ดร.ปฐมพงษ์ เกิดเมื่อ พ.ศ. 2510 ในครอบครัวที่มีพ่อแม่เป็นชาวนาและหมอลำพื้นบ้านในเวลาเดียวกัน บิดาเป็นชาวอำเภอวารินชำราบ จังหวัดอุบลราชธานี มารดาเป็นชาวจังหวัดศรีสะเกษ บวชเรียนแล้วสอบได้เปรียญ 9 ขณะเป็นสามเณร ได้รับพระมหากรุณาธิคุณโปรดเกล้าฯ เป็น นาคหลวง รูปแรกของ วัดบวรนิเวศวิหาร, สำเร็จการศึกษาศาสนศาสตรบัณฑิต (สาขาภาษาและวรรรณคดีอังกฤษ) เกียรตินิยม ได้ที่ 1 ในคณะมนุษยศาสตร์ จากมหามกุฏราชวิทยาลัย หลังจากขอพระราชทานพระบรมราชานุญาตลาสิกขา สมเด็จพระญาณสังวร สมเด็จพระสังฆราช สกลมหาสังฆปริณายกได้ประทานทุนส่วนพระองค์จาก มูลนิธิน้อย คชวัตรให้ศึกษาต่อจนสำเร็จอักษรศาสตรมหาบัณฑิต สาขาสันสกฤต-บาลี จาก คณะอักษรศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ระหว่างศึกษา ได้ทุนคะแนนเยี่ยมภาษาสันสกฤตในนามนิสิตจุฬาฯ จาก มูลนิธิคีตาศรมประเทศไทย

หลังจากนั้น เจ้าประคุณสมเด็จฯ ได้ทรงสนับสนุนทุนให้ไปศึกษาต่อในประเทศอังกฤษ จนสำเร็จปริญญาโททาง วรรณคดี สันสกฤต ของ พระพุทธศาสนา มหายาน และของศาสนาพราหมณ์-ฮินดู จากวิทยาลัยบูรพคดีศึกษาและอาฟริกาศึกษา มหาวิทยาลัยลอนดอน และปริญญาเอกจากคณะบูรพคดีศึกษา สถาบันตะวันออก มหาวิทยาลัยออกซฟอร์ด โดยสังกัดวิทยาลัยเซนต์แอนส์ ระหว่างศึกษาในออกซฟอร์ด มี ศ.ดร.ริชาร์ด ฟรานซิส กอมบริช ผู้ก่อตั้งศูนย์พุทธศาสน์ศึกษาในออกซฟอร์ด และ ดร.เจมส์ เบนสัน ผู้ชำนาญอัษฏาธยายี ของออกซฟอร์ดเป็นที่ปรึกษาวิทยานิพนธ์ วิชาที่ศึกษาในออกซฟอร์ดคือวรรณคดีพระเวท, อัษฏาธยายี ของ ปาณินิ, ภาษาอเวสตะ, ภาษาเปอร์เซียโบราณ และ นิรุกติศาสตร์เปรียบเทียบ ระหว่างศึกษา ได้ทุนโบเดนประจำสถาบันตะวันออกของมหาวิทยาลัยออกซฟอร์ดและทุนอื่นๆ ในออกซฟอร์ด เพื่อไปทำวิจัยเพิ่มเติมที่ภาควิชาสันสกฤตและอินเดียศึกษา มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดในสหรัฐอเมริกา และมหาวิทยาลัยปารีสในฝรั่งเศส

คนไทยรุ่นก่อนที่เรียนภาษาบาลีและสันสกฤต ที่สถาบันตะวันออก มหาวิทยาลัยออกซฟอร์ด ได้แก่ กรมหมื่นนราธิปพงศ์ประพันธ์ (พระองค์วรรณไวทยากร), กรมพระจันทบุรีนฤนาถ, หม่อมหลวงปิ่น มาลากุล ฯลฯ แต่ ดร.ปฐมพงษ์เป็นคนไทยคนแรกที่สำเร็จการศึกษาระดับปริญญาเอก