สุรเกียรติ์ เสถียรไทย จบการศึกษาปริญญาตรีนิติศาสตรบัณฑิต คณะนิติศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย (เกียรตินิยมเหรียญทอง) ปริญญาโทสาขาการเมืองและการเศรษฐกิจระหว่างประเทศ จาก โรงเรียนกฎหมายและการทูตเฟลตเชอร์ (The Fletcher School) , มหาวิทยาลัยทัฟส์ และเป็นคนไทยคนแรกที่สำเร็จการศึกษาระดับปริญญาเอก นิติศาสตร์จากมหาวิทยาลัยฮาวาร์ด สหรัฐอเมริกา

เขาได้รับปริญญากิตติมศักดิ์สาขาวิชาสังคมศาสตร์จากมหาวิทยาลัยแม่ฟ้าหลวง จังหวัดเชียงราย และปริญญารัฐประศาสนศาสตรดุษฎีบัณฑิตกิตติมศักดิ์ มหาวิทยาลัยอีสเทิร์นเอเชีย และได้รับรางวัลนิสิตเก่านิติศาสตร์ จุฬาฯ ดีเด่น 2 ครั้ง (พ.ศ. ๒๕๓๙ และ พ.ศ. ๒๕๔๖)