До начала XVII века образовательные учреждения в Нижнем Новгороде отсутствовали. Первые школы были открыты только в 1720-х годах: в Букварной (начальной), Славяно-российской (средней) и Эллино-греческой (старшей) обучались преимущественно сыновья попов, дьяков и причетников. Качество образования, как показала проведённая епархией проверка, в этих школах было низкое. Чтобы улучшить образованность духовенства и приобщить коренное население Поволжья к православию, в 1737 году в городе открывается Нижегородская духовная семинария. До 1808 года это было единственное в Нижнем Новгороде образовательное учреждение.

В 1782 году Екатерина II выпускает указ об учреждении комиссии для заведения в России народных училищ. В соответствии с ним в 1786 году в Нижнем Новгороде открывается Главное народное училище, курс обучения в котором был рассчитан на пять лет: по одному годы в первых трёх классах, и ещё два года — в выпускном четвёртом. В народных училищах обучались в основном дети купцов и мещан. Им преподавали чтение, письмо, арифметику, рисование и основы закона божия. Общее число учителей в училища составляло всего шесть человек. 12 марта 1808 года на базе Главного народного училища открывается первая в городе мужская гимназия. Это заведение было всесословным. Первоначально обучение проходило по 4-летней программе. С 1828 года срок обучения увеличился до 7 лет, а с 1875 — до восьми. Помимо гимназии общее среднее образование давали кадетские корпуса, в которых обучались в основном дети офицеров. Один из таких корпусов был 30 августа 1886 года переведён в Нижний Новгороде из Новгорода, где он был открыт в 1834 году на средства, пожертвованные графом Аракчеевым, и носил его имя.

В 1844 году был открыт Нижегородский дворянский институт.

В городе существовали другие всесословные учреждения. Так, в марте 1806 года было открыто уездное училище, в котором обучение проходило в течение двух лет на базе приходского училища. Выпускники уездного училища имели право на поступление в Нижегородскую гимназию.

В августе 1852 году в городе появилось первое образовательное учреждение для девушек. По инициативе императрицы Марии Фёдоровны открылся Нижегородский Мариинский институт благородных девиц, в котором обучались дочери потомственных дворян и чиновников, а позднее — дочери купцов I и II гильдии и почётных граждан. В 1859 году было открыто Мариинское женское училище I разряда, преобразованное в 1870 году в Мариинскую женскую гимназию. В гимназии могли обучаться девушки всех сословий при условии успешной сдачи вступительных испытаний. Срок обучения составлял сначала шесть лет, затем — семь. Мариинская женская гимназия, Владимирское реальное училище, а также ученическое братство и общежитие им. Святых Кирилла и Мефодия во многом обязано было своим возникновением будущему помощнику попечителя Московского учебного округа и тайному советнику К. И. Садокову.

Сейчас в городе действует 189 общеобразовательных учреждений. Среди них 132 средние школы, 18 лицеев и гимназий, 1 кадетская школа. Число учащихся составляет 105 тыс. В 2009 году на Всероссийских олимпиадах число победителей и призёров составило 19 учащихся из Нижнего Новгорода, всего же из Нижегородской области 33 учащихся.

В городе находятся несколько десятков техникумов, колледжей и училищ. Среди них: автомеханический, автотранспортный, строительный, торговый техникумы, медицинские колледжи и училища, педагогический колледж, речное училище, музыкальное, театральное, художественное училища и др.

В Нижнем Новгороде находятся: 6 университетов, 4 академии, консерватория и более 5 институтов. Всего насчитывается свыше 50 высших учебных заведений и филиалов.

Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского (ННГУ) был открыт 17 (31) января 1916 года как один из трёх Народных университетов России, входящих в систему вольных университетов. В настоящее время включает в себя: 19 факультетов, 132 кафедры, 6 научно-исследовательских институтов. В университете обучается около 40 000 человек, около 1000 аспирантов и докторантов. ННГУ является третьей по численности работников организацией в Нижнем Новгороде, уступая пальму первенства Горьковскому автомобильному заводу и Горьковской железной дороге.

Волжский государственный университет водного транспорта является крупнейшим вузом России, который выпускает инженеров водного транспорта.

Нижегородский государственный педагогический университет — один из старейших и крупнейших педагогических вузов России. НГПУ включает 9 факультетов, 4 института, 66 кафедр, 12 научно-исследовательских лабораторий, 1 научно-исследовательский институт прикладной психологии, региональный научно-образовательный центр. В настоящее время численность студентов более 12 000 человек.

Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева (НГТУ) — один из ведущих технических вузов Приволжского федерального округа. В университете обучаются свыше 11 тысяч студентов и специалистов, в том числе иностранные студенты из Марокко, Танзании, Судана, Иордании, США, Индии, Китая.

В Нижнем Новгороде работают 20 научно-исследовательских институтов и конструкторских бюро, а также 5 академических институтов, четыре из которых объединены в Нижегородский научный центр РАН. Крупнейшим из них является Институт прикладной физики РАН.

Нижний Новгород всемирно известен как центр радиофизики. В честь города был назван Люксембург-Горьковский эффект. Здесь расположен крупнейший в стране научный и производственный центр радиолокации — ОАО «ФНПЦ „ННИИРТ“». Также в городе проводятся исследования по физике плазмы, СВЧ электронике, лазерной физике, нелинейной акустике, гидродинамике, радиоастрономии, металлоорганической химии, получению и анализу высокочистых химических веществ, идут работы по изучению земного электричества, твердотельных наноструктур, высокотемпературных сверхпроводников и многие другие.

Главный корпус ННГАСУ	Нижегородский государственный педагогический университет	Первый корпус НГТУ	Нижегородский государственный университет