在汉阳，其母获得美国女宣教士白桃医师（Dr. Emilie Bretthaner）之助，入浸信会医院担任护士，不久即皈依基督教，并很快升为护士长，进而升任护士学校校长。刘湛恩起初入汉口浸信会小学学习，12岁升入九江同文书院。其间，他成为基督徒，并与王立明（即他日后的妻子）结识并成为朋友。自同文书院毕业后，刘湛恩考入苏州东吴大学，在校期间参加教会的唱诗班和查经班，不久出任东吴大学基督教青年会会长。1918年，刘湛恩获得东吴大学理学士学位。同年秋，刘湛恩获奖学金赴美国留学，入芝加哥大学学习教育，获得硕士学位