Coolidge ble født på en gård i nærheten av Hudson, Massachusetts. Han studerte elektroteknikk fra 1891 til 1896 på Massachusetts Institute of Technology (MIT). Etter et år som en laboratorie-assistent dro han til Tyskland for videre studier og fikk sin doktorgrad fra Universitetet i Leipzig. Fra 1899 til 1905 var han vitenskapelig assistent til Arthur A. Noyes ved kjemiavdelingen på MIT.