九都山避难。父周馥从李鸿章在外，周学海随母居家苦读。同治三年（1864年），被父接往江宁，补县学生员。光绪十一年（1885年）拔贡生。光绪十四年（1888年）秋应江南乡试，中第二十九名举人。光绪十八年（1892年）中三甲第三十九名进士。同年五月，授内阁中书。不久，分发南河同知，未到任，遵父之命，任扬州河捕同知，期间根据父亲治水经验整治淮堤，赏戴花翎，加二品衔。后改江苏候补道。光绪三十年（1904年），周馥升署两江总督，周学海回避，改任浙江候补道，因病体不支，乞假返回江宁。光绪三十二年（1906年）5月病