Asimov fikk grunnutdannelsen i de offentlige skolene i New York City, inkludert Boys' High School, i Brooklyn, New York. Etter det studerte han ved Columbia University, og fikk bachelorgrad i 1939. Senere gjenopptok han studiene og fikk doktorgrad i biokjemi i 1948. I mellomtiden arbeidet han i tre år under andre verdenskrig som sivil ansatt ved Philadelphia Navy Yard Naval Air Experimental Station. Etter krigen ble han oppkalt til verneplikt i U.S. Army der han tjenestegjorde i ni måneder før han ble dimittert. I løpet av den korte tiden i militært ble han korporal på grunn av sine evner med skrivemaskinen og unngikk såvidt å delta i atombombeforsøkene i 1946 på Bikini Atollene.