Bardeen ble Bachelor of Science i 1928 og Master of Science i 1929 i elektroteknikk ved universitetet i Wisconsin (Madison). i 1936 avla han sin doktorgrad i matematisk fysikk ved Princeton-universitetet. Han jobbet ved universitetet i Minnesota fra 1938 til 1941. I 2. verdenskrig var han fysiker ved den amerikanske marinens laboratorium i Washington, D.C.