父亲王际唐为宁波安立协会传教士、宁波圣公会牧师，母施爱丽。兄王正廷。早年入读新式学堂北洋大学堂，学习采矿、冶金（工科采矿冶金门，甲班，王正黼等7人）。经袁世凯选派，成为清华大学特别生之一。1910年，张亨嘉、陈宝琛考核北洋大学学生，王正黼与王均豪、冯熙敏三人位列“最优等”。1910年，毕业于北洋大学矿冶系，授宣统二年游学毕业进士、翰林院编修。1911年秋，赴美国留学，入读美国哥伦比亚大学研究院，学习矿冶工程。1912年，获得美国哥伦比亚大学硕士学位（M.A.）。继续留美攻读博士学位，但因病于1915年回