Etter studier i naturvitenskap og matematikk ved universitetene i Heidelberg og Lausanne tok Schlick i 1904 doktorgrad i fysikk under veiledning av Max Planck i Berlin. Etterpå forsket han i naturvitenskap og naturfilosofi ved universitene Göttingen og Rostock og studerte psykologi i Zürich, før han i 1921 fikk et professorat ved universitetet i Kiel. Allerede året etter ble han utnevnt til Ernst Machs etterfølger som professor i naturfilosofi ved universitetet i Wien.