李政道从小在上海长大，父亲李骏康毕业于金陵大学，母亲张明璋毕业于上海启明中学。受父母的影响，李政道兄弟姐妹6人都成了学者。
从小对数学和物理有浓厚兴趣的李政道，从小学到中学成绩一直名列前茅。1940年，日本侵略军占领了上海，当时李政道只有14岁。他和两个哥哥只好到大后方的联合中学读书。
读到高三的时候，由于学校请不到数学和物理教员，就让李政道代教这两门课。他虽然天资聪颖，成绩优秀，但当教师对他来说是一次考验。可贵的是，李政道勇敢地挑起了这一重担。他认真备课，勤于请教，讲课竟收到了很好的效果。
这一段当“小老师”的经历给了李政道极好的磨练机会，而且使他明白了一条真理：要做先生，先要做学生。从此以后，他学习起来更加刻苦用功了。
1943年，17岁的李政道进入浙江大学。校址迁到了十分贫困的贵州遵义。教学条件极差，连个安静的学习环境都没有。学习用功的李政道想到了一个办法，他白天到茶馆去，泡一杯茶，占一个座位，就在茶馆里埋头苦读，一读就是一天。时间长了，他又练出了一套闹中求静、专心读书的本领。
1946年，20岁的李政道独自到美国留学，当时他刚刚读到大学二年级，但经过芝加哥大学严格的考试，他竟然被芝加哥大学研究生院录取了。3年后，李政道便以“有特殊见解和成就”通过了博士论文答辩，当年李政道年仅23岁，被誉为“神童博士”。