Gdy Grzegorz miał kilka lat, matka zatrudniła prywatnego nauczyciela, zwanego pedagogos, który zaznajomił go z podstawami pisania, czytania i liczenia. Umiejętności te rozwijał w latach 342–344, ucząc się w szkole w Nazjanzie, gdzie wykładał nauczyciel tytułowany grammaticos. W roku 345 przebywał w Ikonion. Praktykował tam u wuja, który był uznanym prawnikiem i retorem. W latach 346–347 kontynuował naukę w stołecznej Cezarei Kapadockiej, gdzie uzyskał formalne potwierdzenie zaliczenia podstawowej edukacji w ramach sztuk wyzwolonych. Miał wówczas około 17 lat.
Studia Cezarea Palestyńska thumb|Pozostałości zabudowań późnostarożytnej Cezarei Palestyńskiej we współczesnym Izraelu W roku 348 Grzegorz i jego brat Cezary zostali wysłani przez matkę na studia filozoficzne i retoryczne do cieszącej się wówczas dużym prestiżem uczelni w Cezarei Palestyńskiej. Uczelnię tę założył Orygenes, a jego następcami byli Pamfil i Euzebiusz z Cezarei. Grzegorz rozpoczął studia kilka lat po śmierci Euzebiusza. gdy głównym wykładowcą został politeista Thespesios. Thespesios był w filozofii zwolennikiem neoplatonizmu, a w retoryce drugiej sofistyki.