少年求學於劍橋大學
由於培根十分聰慧，再加上家庭的嚴格訓練和教育，他在12歲時就完成了語言、聖經、神學等多方麵的知識儲備。到了12歲時，所能請到的家庭教師已無法滿足他的學習要求。於是父母試著為兒子選擇了幾所中學，可是聽課之後，培根認為上課的內容過於簡單了。
於是，父母為培根兄弟選擇大學，以使他們繼續學習和深造。當時，英國有兩所著名的高等學校，一個是牛津大學，另一個是劍橋大學。牛津大學有著悠久的曆史，宗教氣氛較濃。劍橋大學在歐洲排名第三，宗教色彩比較淡，更適於俗家子弟讀書，而且許多當朝非僧侶出身的大臣都是在劍橋畢業的。
尼古拉夫婦權衡再三，最終還是把培根和他的哥哥安東尼送到了劍橋大學的三一學院，讓他倆攻讀神學、哲學，同時還學習邏輯、數學、天文學和拉丁文等。
尼古拉夫婦還特意為培根兄弟請了當時學校最有學問的三一學院院長懷特姬夫特博士做導師。他後來擔任了坎特伯雷的大主教。
1573年4月5日，小培根進入劍橋大學三一學院深造。那時他才12歲多一點兒，年長他兩歲的哥哥安東尼與他一同入學。在入學的當天，三一學院院長親自出門迎接這兩個孩子的到來，以示熱忱歡迎。
雖然得到特殊的待遇，但弗朗西斯·培根卻不喜歡劍橋大學的生活。在約克府和高蘭伯裏別墅長大，過慣了自由的王公貴族生活的培根，剛來到這個古老的、呆板的學院，他感到如同置身於地獄一般。學院的老師們，身穿寬袖的長外套，頭戴無邊的軟帽，老氣橫秋，許多人甚至還疾病纏身。雖然這些教授都學識淵博、滿腹經綸，但他們既不平易近人、廣泛地接觸學生，也不能生動活潑地進行教學。
這些少年大學生，都不願意規規矩矩地聽老教授枯燥地講課。有些頑皮的學生，常用各種惡作劇耍弄迂腐的老教授，有時甚至氣得老教授用手中的書卷敲打他們的腦袋。可他們不但不怕，反而哄堂大笑。學校也拿這些貴族子弟毫無辦法。
在劍橋大學學習沒多久，這位12歲的少年大學生就深深地感到，教授們所講的知識不是早已爛熟於胸，就是陳腐得讓人感到窒息。
教授們上經院哲學課時，往往組織學生討論一些十分無聊的問題，比如，“在一個針尖上同時可容納幾個神仙跳舞？”“豬上街是用繩子牽去的，還是被人趕去的？”培根對這樣的討論非常反感，他對這樣的學習生活感到十分的痛苦和失望。
培根隻要有空閑，就情不自禁地想念自己的母親。母親給他講童話故事，母親循循善誘地對他進行耐心的教育，以及母親善待仆人、巧於管理家庭事務的形象，經常出現在他的腦海裏。
安妮也十分掛念兩個孩子在學校裏的生活和學習，她經常到三一學院去看望培根兄弟倆。有一次，培根送母親回家後，感慨地對同學們說：“我隻有在母親身邊，才會感到無比的幸福。”
培根非常孝敬母親，他在大學讀書時，做每一件事都先想到母親。隻要是“使母親高興”的事，培根就會認真地去做。即使是令人最乏味的教授講課，他隻要想起母親，也會認真地聽講，決不懈怠。
此時的培根，雖然不喜歡老教授在課堂上講的內容，但他在課餘對探討古人的思想、探討科學發現和它們在現實生活中的應用，卻有濃厚的興趣。對自己所學的各門課程，少年培根都表現出異乎尋常的才能和獨立思考的精神。
1573年10月10日，培根獲得了正式進入劍橋大學三一學院的許可。
在大學讀書時，培根十分勤奮和刻苦。他很少把時間花在讀書之外，在與別人的交往中，也往往是以談論知識和辯論問題交友，從不把時間花在吃喝和閑扯上。
學校注重對學生辯論才能的訓練，在訓練中，往往是用拉丁文或希臘文讓學生進行朗讀和辯論。那些論辯成績突出的學生一般都是學院的高才生。這種課程使一些不好好學習或較遲鈍的學生感到難堪，但他們可以選擇不參加。
在大學生中，培根雖然年齡最小，但他對這種很有挑戰性的課程非常感興趣，幾乎每次論辯課他都參加。他事先進行充分的準備，臨場即興發揮。
每當小培根上台進行論辯的時候，總會引來許多師生的觀看。培根那帶著童稚嗓音的語調，講出話來卻有很強的邏輯性。他在論辯過程中從不強詞奪理，而是以充分的事實和嚴密的邏輯使人信服。培根的邏輯思維能力在論辯課程中得到了鍛煉和提高。
劍橋大學是英國的著名學府，開設的主要課程有邏輯學、辯證法、修辭學、高級文法、宗教、曆史、語言學等。由於學生很少，導師可以像現代高等院校帶研究生一樣帶學生，既沒有係統的教材，也不集體上課，而是規定各個科目的原著，讓學生自己去閱讀，有了問題來問導師。這種學習方式，要求學生必須有很強的自我控製和自學能力。
學校把用希臘語、拉丁語朗誦文章和進行論辯，作為公共的訓練。這種論辯是由答辯者用演繹的形式，對兩個以上的對立意見加以論辯，每一步都要有明確的定義，並用三段論方法依次進行論證。學校認為這是使學生思維敏捷，並具有係統地、前後一貫地論述問題的技能的最好訓練方法。
在這樣的環境中，培根的父母很擔心12歲的兒子能否適應。可是，早熟的培根比那些年齡大於他的學生更有自製力，對學習的興趣也超過了其他同學。
培根兄弟很受同學們的歡迎，他們倆很風趣，並能隨機應變，拿出有趣的想法與建議。培根對新學科表現出濃厚興趣，這些新學科都是16世紀後半葉才漸漸為人所知的。
弗朗西斯·培根感到，自己對這些問題的探究責無旁貸。此時，他已經決定要“傾其全部所學，投身於家鄉的建設”，他要利用所學，為“整個世界的變革”鋪平道路。
母親安妮對培根兄弟的教育極為關注，尤其對他們的宗教問題很不放心。安妮夫人是把宗教作為家規家訓的虔誠的教徒，這樣的母親當然不會讓兒子聽其自然地成長。
當弗朗西斯和哥哥安東尼離開家庭去上學時，安妮緊張不安地注視他們進入社會，生怕公事和私人社交使他們結識不該交往的人。她常給住宿在學校的兩個兒子寫信，在她的信裏，譴責逐漸多於關愛。
培根自願在學院裏過普通學生的生活，沒有因為年齡小而要求特殊的照顧。培根進入大學後，很快就把自己融入知識的海洋。導師布置學習亞裏士多德和柏拉圖的著作，培根的同學們還在為看不懂而發愁的時候，小培根卻已經讀出了其中的況味。
從柏拉圖和亞裏士多德等人的原著和有關解釋的著作中，培根掌握了蘇格拉底等許多哲學家的學說，並對他們有了初步的認識。培根把蘇格拉底的學說與亞裏士多德的哲學思想做了認真的對比，他更喜愛比較接近自然的早期哲學家的思想，而對於遠離自然界、富於爭辯的亞裏士多德哲學產生了懷疑。
對此，培根後來的秘書羅萊曾回憶說：
爵士曾對我說，當他16歲左右，在大學讀書期間，他首先對亞裏士多德的哲學越來越不滿。這不是因為作者本人毫不足取，他對亞裏士多德本人是給予很高評價的。他不滿的是亞氏方法的毫無效果。
爵士常對我說，作為一種哲學的亞裏士多德的方法，隻是富於辯駁和爭論，卻完全不能產生為人類生活謀福利的實踐效果。他至死都保持這種看法。
從這段文字中可以發現，上千年來一直被人們奉為經典的亞裏士多德哲學，在少年培根的心中，已經開始產生了動搖。
培根進而公開宣稱，劍橋的教授們把自己的學問建立在亞裏士多德哲學的基礎上是大錯特錯的。他說，他們接受了一個以對自然界粗糙和膚淺的觀察為基礎的天真幼稚的科學。
培根下決心要把哲學導入更富於成果的軌道上來，把它從瑣屑的論辯之中轉移到能啟迪和增進人類幸福上來。培根一生都堅持科學、哲學必須為人類生活實踐服務的思想觀念。為什麼小小年紀的培根就能產生這麼深刻的觀念和追求呢？
在上大學前，培根就在父親的圖書館裏讀過許多科學發現和發明方麵的書。他的頭腦裏充滿了許多好奇的問題，他經常對各種問題進行思考。
培根小小年紀就力圖從本質上更好地理解人與自然、上帝與耶穌基督的關係。他思考最多的就是自然界的本質問題。因為他理解不了大自然的奧秘，為什麼冬去春來、花開花落，人有生死？他在柏拉圖和亞裏士多德的哲學中找不到這些問題的答案。到了劍橋大學，培根在圖書館看到的科技圖書就更多了。隨著閱曆的加深，他的視野也越來越寬廣。
在伊麗莎白王朝，科學發現和發明及其在現實生活中的應用給人類帶來了巨大好處，這是當時宮廷和上層人士家庭談話的一項重要內容。培根耳濡目染，因此在這些方麵就懂得比較多。
1540年，意大利人萬諾喬·畢靈古喬寫的關於冶金方麵的第一部專著《煙火書》出版後，立即由伊麗莎白的宮廷要員托馬斯·史密斯爵士帶回英國，並很快被譯成英文出版，廣為流傳。
不久之後，德國人阿哥瑞考拉用拉丁文寫的《冶金學》，全麵闡述了關於采礦和冶金方麵的知識。1556年該書出版後，又很快被介紹到了英國。培根是一個好學而又早熟的少年，一有空閑他就鑽到圖書館讀這些科技方麵的書和評論，受到很大的影響。
因為培根的知識豐富，他在同學中的威信也越來越高。課餘時間，培根周圍總是圍著一些同學，他不是給同學們解答各種疑難問題，講解從書本上得到的新鮮知識，就是繪聲繪色地講述柏拉圖、亞裏士多德等哲學家的奇聞趣事。
培根的詞彙非常豐富，語言表達能力很強。即使是一件極為平常的事，他也能講得非常生動，引人入勝。當時，英國正在迅速發展生產力，朝著工業革命的目標迅猛前進。人們迫切希望能從山裏挖出各種礦物，提煉出各種有用的東西，用於各項事業。
有一天，培根激動地對同學們說：“你們想想，經院哲學和神學能使人們懂得從何處挖出礦石，又怎樣把它們提煉成金屬，並根據需要把金屬製造成機器、輪船、大炮嗎？而《煙火書》、《冶金學》這類書上的知識就可以教人們找礦石，冶煉金屬。”
同學們都注視著培根，聽著他所講的內容。培根的講話比教授講課還吸引學生，他見同學們聽得都入了神，於是接著說：“人類社會如果沒有金屬，那該是個什麼樣子？我們將回到樹林裏去，靠尋找橡實和漿果為生。”
培根在劍橋大學博覽群書，學問不斷增加。與此同時，培根發現鼓勵他進行自由研究、自由判斷的那些人，最終都被隔離了。當時在英國的大學裏，幾乎沒有容納思想者的空間。後來，培根寫道：“在當時的大學裏，幾乎沒有人願意自由地思考。”
在保守思想居統治地位的16世紀，成熟的思想家也未必能提出的深刻疑問，培根在15歲時就提出來了，由此可以看出他思想的深刻和注重理論聯係實際的傾向。正是這種傾向，激發了他對科學和實驗的思考。
觀察與實驗是弗朗西斯·培根所追求的一切。如果實驗沒有任何結果，那麼他是不會相信某種理論的可靠性的。基於邏輯所進行的各種爭論，那已經是古人玩的把戲了，隻有“觀察並看到”，才會對未來有用。這種追求貫穿了培根的一生，並使他在後來的學習和研究中，形成了影響近代思想進程的經驗唯物論。
對於此時的劍橋大學，培根感到失望，他後來這樣寫道：“智慧之人都已經被關進大學問家的地窖裏去了……就像很多人被關進修道院和大學的地窖裏一樣。”培根對劍橋的學科極為輕蔑，認為英國當時的教育製度是有害的。
於是，培根和哥哥安東尼提出申請，希望允許他們回到古漢堡的家裏，不再繼續讀下去。此外，幾次瘟疫大流行也使得劍橋大學關門停學了好幾次。在這幾次瘟疫中，僅倫敦就有幾千人被奪去生命。在大學畢業前夕，培根對一些要好的同學講：
我們應該下決心徹底拋棄舊哲學，創立一種能直接為人類服務的新哲學，要把世界上的人們從“亞裏士多德神學”的束縛下解放出來。
培根的真知灼見，使劍橋大學的老師和同學們對他刮目相看。
1575年3月，培根與哥哥安東尼均沒有獲得學位，就離開了劍橋大學。麥考萊這樣形容他的離開：“他是帶著這麼一種心理走的：對劍橋的學科深為輕蔑；對英國的學校教育製度堅決地認為其根本有害……”
能夠把兩個孩子接回家裏來，這使安妮夫人感到非常的高興，因為她又可以親自照顧他們了。
在1575年聖誕節前夕，劍橋大學三一學院裏關於培根家兩個孩子的記錄終止了。這樣，他們的正式求學生涯也就到了尾聲。
培根在劍橋大學學習了近3年的時間，所學課程多達數十門。培根不僅對哲學和科學產生了濃厚的興趣，而且對藝術、語言、文學等也極感興趣。培根在劍橋學會了多種語言，培養了很高的文學素養。培根的寫作，文筆生動活潑、語言美妙，把哲學和政論文章都寫得像散文一樣優美。
大學生活結束時，學校對培根的評價是：學習勤奮，對各門主修課程都達到了“精通”的程度。小培根堪稱是當時的少年奇才。
培根和哥哥安東尼回家後的生活，看起來很舒服，他們盼望與家人一起在古漢堡過個快樂的聖誕節。安妮夫人堅持要砍伐一根最大的木頭，在聖誕節時好好燒上一把，祈求來年萬事如意。安妮還堅持親自準備節日宴會，來慶賀全家的團圓。
弗朗西斯·培根和安東尼感到非常的高興，他們感到自己已經長大成人了，頭腦中充滿了智慧。而且弗朗西斯·培根還有一個特點，那就是他有一種魅力超群的“嘲諷的智慧”。
本·瓊森後來評價說，培根簡直是“不嘲諷就說不了話”。他總是嘴上不留情，譏諷的話脫口而出。哥哥安東尼也被認為很有幽默感。而正是弗朗西斯超人的幽默感和深刻的精神世界，才使他在後來的艱難歲月中沒有被打垮。
無論如何，古漢堡的這個聖誕節，標誌著弗朗西斯·培根無憂無慮的日子一去不複返了。