พระองค์ทรงเริ่มต้นการศึกษาเล่าเรียนในสำนักของครูผู้หญิงแล้วทรงเริ่มศึกษาด้วยพระองค์เองเรื่อยมา หลังจากนั้นจึงทรงเล่าเรียนหนังสือขอมและบาลีที่สำนักพระยาปริยัตติธรรมธาดา (เปี่ยม) เมื่อผนวชเป็นสามเณร พระองค์ทรงวิชาทางพุทธศาสตร์ในสำนักสมเด็จพระมหาสมณเจ้า กรมพระยาปวเรศวริยาลงกรณ์ ณ วัดบวรนิเวศวิหาร

หลังจากนั้น พระองค์ทรงศึกษาวิชาการทหารในสำนักกรมทหารมหาดเล็กรักษาพระองค์ตั้งแต่ พ.ศ. 2415 และทรงศึกษาวิชาภาษาอังกฤษในสำนักของมิสเตอร์ เอฟ.ยี. แปตเตอร์ซัน ที่โรงเรียนทหารมหาดเล็กรักษาพระองค์ซึ่งตั้งอยู่บริเวณริมประตูพิมานไชยศรีชั้นนอกภายในพระบรมมหาราชวัง และทรงเรียนวิชาภาษาไทยเพิ่มเติมจากสำนักพระยาศรีสุนทรโวหาร (น้อย อาจารยางกูร) รวมทั้งศึกษาแบบอย่างราชการพระราชประเพณีในสมเด็จพระเจ้าบรมวงศ์เธอ เจ้าฟ้ามหามาลา กรมพระยาบำราบปรปักษ์