Tupolev gikk på gymnasiet i Tver og tok Examen artium i 1908. Han begynte så å studere ved Moskvas tekniske universitet hvor han interesserte seg i bygging av fly. Han ble leder for universitetets vindtunnel som han hadde vært med på å konstruere og ble utestengt senere for å ha vært med i en forbudt politisk organisasjon og ble bannlyst i flere år. Han kunne komme tillbake i 1914, men kom etter oktoberrevolusjonen i 1917 og fikk en ledende stilling i konstruksjonsavdelningen i den statlige uftfartens hovedforvaltning.