徐光啟自幼便養成了自強不息的精神品格，既有非凡的勇氣和膽略，還有聰明好學的品性。查繼佐《罪惟錄》稱他“幼矯摯，饒英分”，曾在七歲那年登上上海新建的城雉，在紛飛的大雪中健步而行，不但麵無懼色，而且還敢縱目遠眺。八歲那年，他竟淘氣地攀上龍華寺古塔，到塔頂捕鴿子，不小心失足下墜，見者無不大驚失色，徐光啟卻手持鴿子，神情自若地問同伴敢不敢也作一番冒險。他還曾爬上塔頂，坐在頂盤中，與鵲爭處，而且嘻笑著俯視塔下，“顧盼物表，神運千仞之上。”徐光啟不但矯捷健康，而且敏而好學，對章句、帖拓、聲律、書法，無不精通，並臻於佳妙。為了考中秀才，他在八股文、律詩方麵也下了不少工夫。據《徐氏家譜·先世列傳》載，徐光啟讀書龍華寺時，有一次路過鄰塾，塾師命題，徐光啟“隨口成章，不假思索，師大奇之”。
少年徐光啟求知欲望強烈，興趣廣泛，他的父親曾參加組織地方武裝抗擊倭寇，並且“喜言兵”，徐光啟稍長後，“讀書間及兵傳”。少年讀兵書在當時有點不務正業，他的父親雖不加阻止，可指望兒子在正途上功成名就的母親卻很嚴厲，她檢出徐光啟書冊中一切有兵刃圖像者，藏起來不讓兒子涉獵。然而，禁止並不能泯滅少年徐光啟對兵法兵器的強烈興趣，而且，他業已掌握了不少常識。晚年徐光啟在寫給乃師焦竑的一通書信中寫道：“啟少嚐感憤倭奴蹂踐，梓裏丘墟，因而誦讀之暇，稍習兵家言。”可見，他閱讀兵書並非出於單純的獵奇心理，他既感憤倭患，又希望十倍衰弱於宋季的國勢能夠振拔起來。還在他剛入私塾時，有一天館師不在，徐光啟與館中同學諸子各言己誌。有人想成富翁，有人想做道士，徐光啟卻出非凡之言：“是皆不足為也。論為人，當立身行道……治國治民，崇正辟邪，勿枉為人一世。”立誌高遠的徐光啟似乎注定要為實現其宏大的抱負走完他坎坷不平的人生之旅。
徐光啟在其早年的求學之途中曾受過與立於官學的程朱理學迥異其趣的陽明心學之熏陶。大約十六歲那年，他曾師事黃體仁，而黃氏則私淑王陽明，致力心性之學，且非常器重這位年輕聰慧的弟子，陽明心學對徐光啟早年思想影響頗大。
萬曆九年（1581），二十歲的徐光啟考中了金山衛的秀才，並於同年娶處士吳小溪之女為妻。也正是從這一年起，由於他“既早聞家學，膽智過人”，“便以天下為己任”徐驥《文定公行實》，見王重民輯校《徐光啟集》下冊，上海古籍出版社，1984年。
倭患的魔影、貧困的羈束，不但使立誌高遠的徐光啟孜孜以求改善個人和家庭生存及發展的環境，而且使他更想實現少年的夢想。然而，現實與理想之間的距離，還有一段漫長泥濘的爛路。
二、科舉“爛路”上的爬行者
徐光啟考中秀才後，雖然可以從縣學中得到一點學費和生活上的補助，但家境仍很貧困。在妹妹出嫁時，光啟的父親竟無計準備奩裝。好在光啟的妻子吳氏稍有嫁資，而且慷慨大方，這才解了徐家的一時之難。與貧困作鬥爭的秀才徐光啟則隻好“教授裏中”，“以館穀自給”。
在封建社會的鄉土中國，擺脫貧困首先必須齊家。徐光啟的母親和夫人都善紡織，夫人更是“三倍他人”，但明政府繁重的課稅使小本經營的手工業者很難致富。徐光啟隻有邊教學，邊參加田間的勞動，盡管如此，家境也依舊艱難。為了徹底擺脫貧困，贏得更好的讀書和發展環境，徐光啟隻好寄望於科舉功名——那是當時唯一能使人顯達的途徑。為此，徐光啟一共四次參加了每隔三年舉行的鄉試，其間備嚐艱辛。
萬曆十六年（1588），二十七歲的徐光啟與友人董其昌、陳繼儒（後來都成為明末大儒）等同赴太平府應鄉試。為了走近路節省路費，徐光啟由水路到達句容後，舍舟登陸，自己擔著行李，沿江走了一百多裏鋪滿石卵的羊腸小道，當時正下著傾盆大雨，“左蕩右江……水流奔汩，咫尺莫辨，一失足必顛仆無生理”。徐光啟這時一定悲從中來，“遂有淡然功名之誌”。不過，他仍沿著這泥濘坎坷的爛路奮然前行，到太平府（今安徽當塗）參加了鄉試。可惜，未中舉。