George Uhlenbeck var sønn av Eugenius og Anne Beeger Uhlenbeck. Han studerte kjemiteknikk ved Delft University of Technology. Han studerte fysikk og matematikk ved Leiden University, der han tok sin bachelorgrad i 1920. Fra 1922 til 1925 var Uhlenbeck ansatt som veileder for sønnen til den nederlandske ambassadøren i Roma. I 1923 mottok Uhlenbeck en mastergrad fra Leiden. I 1927 fikk Uhlenbeck en stilling som professor i fysikk ved University of Michigan i Ann Arbor, Michigan. Han bodde der frem til 1935.