Nansen hadde seks halvsøsken og en bror. Han gikk på skole i Kristiania og interesserte seg allerede her for naturfagene. Etter skolegangen ønsket han å bli offiser i marinen, men etter råd fra faren begynte han i stedet å studere zoologi ved Det Kongelige Frederiks Universitet i Kristiania i perioden 1880–1882. I 1882 fikk han en stilling som 2. konservator ved Bergens Museum, der han skrev avhandlingen om slimålens nervesystem, som resulterte i en doktorgrad i 1888. Mens han arbeidet i Bergen, fikk han sjansen til å bli med selfangstskuta DS «Viking» fra Arendal til Nordishavet og Grønland, hvor han fikk sin første arktiske erfaring og ideen til skiferden over Grønlands innlandsis.