Młodość i studia Frances Elizabeth Somerville Caldwell urodziła się 13 grudnia 1908 roku w Merton w hrabstwie Surrey. Część dzieciństwa spędziła w Indiach, gdzie jej ojciec, dr K.S. Caldwell, był wykładowcą chemii w . Po utworzeniu Patna Science College w 1928 roku został jego rektorem. Pod koniec I wojny światowej wróciła do Anglii, gdzie ukończyła szkołę średnią.
Następnie studiowała nauki przyrodnicze w Newnham College w Cambridge, początkowo koncentrując się na fizyce, po czym przeszła na geologię. W 1931 roku ukończyła studia geologiczne z wyróżnieniem pierwszej klasy () i Nagrodą Harknessa (), a w 1934 roku uzyskała doktorat na podstawie pracy o . Jak wszystkie studentki Uniwersytetu Cambridge w tamtym okresie, nie mogła zostać pełnoprawną członkinią uczelni.
W lipcu 1935 roku Caldwell poślubiła pochodzącego z Nowej Zelandii fizyka . W 1936 roku, gdy jej mąż objął katedrę fizyki w Raffles College w Singapurze, Elizabeth Alexander przeniosła się tam i rozpoczęła badania nad wietrzeniem w warunkach tropikalnych. Szczególnie interesowała ją erozja w ciepłym i wilgotnym klimacie wyspy. Stwierdziła, że w pewnych okolicznościach żelazo, glin i krzemionka stają się mobilne i uczestniczą w powstawaniu nowej skały w nieoczekiwanie szybkim tempie.