Ab dem achten Lebensjahr nimmt er Zeichenunterricht und besucht von Oktober 1879 bis April 1884 die Königlich Dänische Kunstakademie Kopenhagen und studiert nebenbei im Jahr 1883 an der "De frie Studieskoler" von Peder Severin Krøyer. In der Charlottenburger Frühjahrsausstellung gibt er 1885 sein Debüt mit seinem "Porträt eines jungen Mädchens," das eine Kontroverse auslöst. Darauf reist er nach Berlin und Dresden, sowie 1887 in die Niederlande und nach Belgien. 1888 wird der Zahnarzt Alfred Bramsen (1851–1932) sein fortan wichtigster Sammler. Auf der Pariser Weltausstellung 1889 ist Hammershøi mit vier Werken in der dänischen Ausstellung vertreten. Als Hammershøis Bild "Schlafzimmer" von der Ausstellung der Kopenhagener Kunstakademie abgelehnt wird, gründet der Künstler Johan Rohde mit Hammershøi "Die Freie Ausstellung" ("Den Frie Udstilling"), in der auch Hammershøis Werke ausgestellt werden.