Gottlob Frege var den eldre av ekteparet Auguste og Carl Alexander Freges to sønner. Etter å ha tatt studenteksamen på gymnaset i Wismar, påbegynte han i 1869 studier i matematikk, fysikk, kjemi og filosofi på Universitetet i Jena. Dette var blitt ham anbefalt av hans tidligere privatlærer Leo Sachse. Etter et par års studier i Jena skiftet Frege - sannsynligvis etter tilskyndelse fra sin matematikk- og fysikkprofessor, Ernst Abbe - i 1871 til Universitetet i Göttingen. Her tok han i 1873 doktorgraden i matematikk med avhandlingen ().