学堂为预科层次或高中层次教学，学制四年，以学习数理化和外文为主，课程有英文、数学、各国史鉴、格物和地舆学。1902年，清政府制定了中国近代的第一个学制“壬寅学制”，该学制侧重西学，被认为受到北洋大学堂早期学制的影响。1922年11月，北洋政府颁行“壬戌学制”并在全国推行。南洋大学等学校积极响应新学制，但冯熙运治理下的北洋大学则坚持沿用旧学制，导致学生请愿而演变为抗议，最终导致其辞去校长职务。
科系设置.北洋大学堂设置专业的主导思想是直接面向产业应用，因此科系设置与近代产业紧密结