Ukończył V Gimnazjum w Warszawie. W 1903 podjął studia matematyczne w Warszawskim Instytucie Politechnicznym im. Cara Mikołaja II, po trzech tygodniach przeniósł się na Wydział Prawa i Administracji Cesarskiego Uniwersytetu Warszawskiego. Był słuchaczem tajnych wykładów psychologa Adama Mahrburga na Uniwersytecie Latającym. W 1905 został wydalony z UW z wilczym biletem przez władze rosyjskie za udział w styczniowym wiecu studenckim w auli Pałacu Kazimierzowskiego pod hasłem polonizacji uczelni i wyjechał wraz z Władysławem Korniłowiczem do Zurychu, gdzie uczęszczał przez jeden semestr na wykłady m.in. z antropologii i zoologii na Wydziale Przyrodniczym tamtejszej uczelni. Po powrocie z wakacji w Polsce przez dwa lata studiował swobodnie wybrane dziedziny na Uniwersytecie Humboldtów w Berlinie, w tym filozofię u Georga Simmla, a w maju 1907 został studentem filozofii na Uniwersytecie w Marburgu. Jego studia przypadły na schyłkowy okres świetności szkoły marburskiej, reprezentowanej przez Hermanna Cohena i Paula Natorpa, ale wpływ tamtejszego neokantyzmu na Tatarkiewicza był od początku ograniczony. W marcu 1910 Tatarkiewicz uzyskał stopień doktorski na podstawie przygotowanej pod kierunkiem Paula Natorpa rozprawy pt. Die Disposition der aristotelischen Prinzipien.