Den barnløse onkelen Jørgen Brahe tok hånd om Tyge allerede som liten, og lot ham vokse opp som enebarn på Tostrup slott, Skåne. Familien ønsket, som skikken var for adelige barn, at han skulle bli opplært i det militære, men hans onkel Jørgen ville det annerledes, og lot ham dvele ved bøkenes lærdom. Fra 12 års alder ble han sendt til forskjellige læreanstalter, og falt blant annet for astronomi, astrologi og alkymi. Brahe var 21. august 1560, 13 år gammel, vitne til en solformørkelse noe som motiverte ham til å studere astronomi.