Han var sønn av legen Thomas Bartholin d.e. og ble student i 1673. Alt 18 år gammel fikk han tilsagn om å bli professor i historie ved Københavns Universitet. Deretter foretok han en utenlandsreise til Leiden, Oxford, London og Paris. På hjemreisen ble han syk og oppholdt seg lenge i Flensborg. Derfra dro han ut på en ny reise til Tyskland.