Одной из важнейших задач, поставленных царем, было воспитание образованных людей, специалистов, необходимых для построения нового государства. Двадцатого января 1714 г. был издан указ, согласно которому к первой дворянской обязанности – служить была добавлена еще одна – учиться. До 15 лет дворянин должен был обучиться грамоте, «цифири» (т. е. счету) и геометрии, в противном случае ему нельзя было жениться. Начало светскому образованию в России было положено открытием по указу 14 января 1701 г. Школы математицких и навигацких наук, разместившейся в Сухаревой башне в Москве. Почти одновременно с Навигацкой в Москве была создана Артиллеристская школа, а в 1712 г. – Инженерная. В этих школах преподавались точные науки: арифметика, геометрия, черчение и профессиональные знания по профилю школы. В 1707 году для удовлетворения нужд армии (лечение раненых в Северной войне) была создана Медицинская академия. Система образования при Петре столкнулась с большими трудностями. Царь, как всегда по требованию момента, начал строить ее с вершины – со специального профессионального образования, в то время как в России не было еще системы начального образования. Чтобы учиться, например, в Навигацкой школе (т. е. получать специальность моряка) , нужно было уже уметь читать, писать, считать, а выучиться этому было негде. Системе профессионального образования не хватало грамотных учеников. Для решения этой проблемы в 1716 г. начали создаваться цифирные школы. Однако Морское ведомство, в ведение которого были переданы эти школы, не уделяло им достаточно внимания, и очень скоро из-за недостатка финансирования и отсутствия учителей цифирные школы зачахли. Как ни странно, при общей секулярционной политике в петровское время более устойчиво развивалась система церковного образования. Создается сеть епархиальных школ.
С учениками в учебных заведениях обращались весьма строго. В классе велено было присутствовать отставным солдатам и иметь в руках хлыст: «а буде кто из учеников станет бесчинствовать, оных бить, не смотря какой бы он фамилии не был» .
Нужды развивающейся школы требовали выпуска новых учебников. В 1701 г. преподаватель Славяно-греко-латинской академии Федор Поликарпов выпустил «Букварь словенскими, греческими, римскими письмены учатися хотящим» , а в 1703 г. вышла знаменитая «Арифметика, сиречь наука численная» Леонтия Магницкого, которую М. В. Ломоносов назвал в числе книг, ставших для него «вратами учености» .
Реформы Петра положили начало развитию отечественной науки. В 1725 г. в Петербурге была открыта Академия наук. Проект устава Академии был разработан при непосредственном участии царя, но открытие состоялось уже после его смерти. Академия стала крупным научным центром. «В истории мировой культуры в прошлых веках нельзя указать другой пример столь же быстрого и эффективного выращивания науки, как это было в России в первой половине XVIII в. через посредство Петербургской Академии» , – писал академик С. И. Вавилов. Для работы в Академии были приглашены видные иностранные ученые, в т. ч. и будущие европейские знаменитости Бернулли, Эйлер. При академии были открыты гимназия и академический университет.