Adolf Mayer var sønn til Karl August Mayer og dattersønn til Leopold Gmelin. Han gikk på skolen i Mannheim. Årene 1860–1862 studerte han matematikk og kjemi (for blant andre Karl Weltzien) ved den tekniske høyskole i Karlsruhe. I 1862 ble han innskrevet ved universitetet i Heidelberg, der han ble promovert til doktor i 1864. Etter fortsatte studier i Gent (for August Kekulé) og innen den kjemiske industri i Belgia vendte han tilbake til Tyskland.