Bartholdis familie flyttet etter farens død i 1836 til Paris, der Frédéric Auguste fikk male- og tegneundervisning fra den på den tid berømte kunstner Ary Scheffer. Han studerte ved École nationale supérieure des beaux-arts de Paris. Han studerte så arkitektur i hjembyen Colmar i Alsace, der familien fortsatt hadde sitt gamle hus. Han reiste deretter atter til Paris for å skaffe seg bedre kunnskaper i arkitektur og malerkunst.