Po smrti nevlastného otca (v roku 1653) žil Newton spolu s matkou, starou mamou, jedným nevlastným bratom a dvoma nevlastnými sestrami. Do strednej školy (Free Grammar School) chodil do neďalekého Granthamu. Učitelia ho príliš nechválili: žiak Newton bol podľa nich „lenivý a nepozorný“. Matka, v tom čase už zámožná dáma, chcela, aby rodinný majetok spravoval Isaac. Ukázalo sa však, že nemá na to chuť ani talent. Jeden zo strýkov – William Ayscough sa rozhodol, že ho pripraví na univerzitné štúdium. Isaac sa v roku 1660 vrátil na strednú školu v Granthame. Riaditeľ školy Stokes, u ktorého býval, rozoznal Isaacove vlohy a naliehal na matku, aby financovala jeho štúdiá na univerzite.
Stokes bol schopný muž. Doučoval ho a dal mu dobré základy najmä z matematiky. Podľa všetkého ho oboznámil aj s Euklidom. Newton bol manuálne neuveriteľne zručný: vytváral dômyselné modely hodín a veterných mlynov.
Na Trinity College v Cambridge nastúpil 5. júna 1661. bol starší ako viacerí jeho rovesníci, ale privyrábal si na štúdiá doučovaním.
Newtona priťahovala Kopernikova astronómia a Galileova mechanika. Preštudoval Kopernikovu Optiku. Roku 1664 si zapísal: „Platón je môj priateľ, Aristoteles môj priateľ, ale mojím najlepším priateľom je pravda.“ V prvej etape svojho života sa prejavil ako voľnomyšlienkár. O matematiku sa začal zaujímať na jeseň roku 1663, keď si na trhu v Cambridge kúpil knihu o astrológii a zistil, že matematike nerozumie. Preštudoval aj knihu o trigonometrii, ale aj geometria mu robí ťažkosti. Zaujalo ho Barrowove vydanie Euklidových elementov.
Po Euklidovi sa vrátil k Oughtredovej Clavis Mathematica a Descartovej La Géométrie. Novú algebru a analytickú geometriu od Vieta prečítal v roku 1646. kniha obsahovala dôležité prílohy troch van Schootenových žiakov: Jana de Witta, Johana Huddeho a Hendricka van Heauraeta. Preštudoval aj Wallisovu Algebru...
Newtona prijali na univerzitu 28. apríla 1664, bakalárske štúdium ukončil v apríli 1665. kvôli epidémii moru v lete 1665 univerzitu zatvorili a Isaac sa vrátil domov. Počas nasledujúcich dvoch rokov sa neuveriteľne zdokonalil v matematike, optike, fyzike a astronómii.
Niekoľko rokov pred Leibnizom položil základy pre diferenciálny a integrálny počet. „Diferenciálna metóda“ vznikla z poznania, že integrácia funkcie je len opakom postupu diferenciácie. Tým, že prijal diferenciáciu ako základnú operáciu, vytvoril Newton jednoduché analytické metódy, ktoré zjednotili viacero samostatných techník.