Collins fikk hjemmeundervisning av moren sin frem til sjette klasse før han begynte ved Robert E. Lee High School. Collins er den yngste av fire sønner, som inkluderer Fletcher Collins, som arbeider som Assistant Head of Middle School i Collegiate School i Richmond, Virginia. Collins ble tildelt en doktorgrad fra Yale University i 1974. Fra 1978 til 1981 arbeidet Collins med indremedisin ved North Carolina Memorial Hospital i Chapel Hill. Han dro deretter tilbake til Yale hvor han arbeidet ved den medisinske skolen mellom 1981 og 1984. I løpet av denne perioden utviklet Collins flere innovative metoder for å identifisere forskjellige sykdomsgener.