温应星生于台山县罗洞乡一个官宦家庭，父亲为清朝进士、七品知县。1901年，温应星入南洋公学。后又考入唐山北洋工学院，曾任粤汉铁路学生实习工程师。此后，入清华学校。1904年秋，来到美国留学，进入弗吉尼亚军校学习。七个月后，奉清廷之命，转入西点军校，与乔治·巴顿同学。1909年自西点军校毕业，成为第一位从西点军校毕业的中国留学生。 归国后，温应星在广东军校担任数学教师。中华民国初年，他追随孙中山，任孙中山的广东大元帅府英文秘书，后来调任第三科科长。1921年初，为摆脱日本人对奉系的要挟，张作霖决定求助美国