ปิยสวัสดิ์ สำเร็จชั้นประถมศึกษาปีที่ 7 จากโรงเรียนสาธิตจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย จากนั้นศึกษาต่อระดับไฮสกูลที่ โรงเรียน Bryanston Public School ประเทศอังกฤษ โดยเรียน 4 ปี ได้ระดับเกรด A ในปี พ.ศ. 2515 สอบเข้า Brasenose College มหาวิทยาลัยออกซฟอร์ด สำเร็จการศึกษาระดับปริญญาตรี สาขาคณิตศาสตร์ (เกียรตินิยมอันดับ 1) มหาวิทยาลัยออกซฟอร์ด ประเทศอังกฤษ ระดับปริญญาโท สาขาเศรษฐศาสตร์ London School of Economics มหาวิทยาลัยลอนดอน ประเทศอังกฤษ และระดับปริญญาเอก สาขาคณิตศาสตร์ มหาวิทยาลัยลอนดอน ประเทศอังกฤษ (ได้รับทุนรัฐบาลอังกฤษ)