W latach 1643–1646 studiował na Wydziale Filozoficznym Akademii Krakowskiej. W czasie studiów nawiązał przyjaźń z dziekanem Wojciechem Dąbrowskim, który miał ponoć przepowiedzieć mu koronę królewskąInformację tę podaje XVIII-wieczne źródło autorstwa dworzanina Jana III Jakuba Kazimierza Rubinkowskiego pt. Janina zwycięskich tryumfów dziełami y heroicznym męstwem Jana III króla polskiego na Marsowym Polu najjaśniejszy..., wydaną w Poznaniu w 1739 r.. W nauce bracia Sobiescy wykazywali się wielką pilnością i sumiennością, a nabywanie nowych umiejętności – nadzorowane przez guwernera i nauczycieli prywatnych – zajmowało im większość czasu. 5,5-letnia edukacja w Kolegium Nowodworskiego i Akademii Krakowskiej odegrała wielką rolę w dalszym życiu Jana.
Grand Tour Po studiach, wraz z bratem Markiem, przebywał dwa i pół roku za granicą, zwiedzając kraje Europy Zachodniej. Zwiedził Niemcy (m.in. Berlin i Lipsk), Niderlandy (Antwerpię, Brukselę, Lejdę i Hagę), dogłębnie Francję (m.in. Paryż, Chartres, Orlean, Blois, Angers, La Rochelle, Poitiers, Lyon, Marsylię) i Anglię (Londyn). W trakcie podróży studiował teksty klasyczne (Tacyt, Salustiusz, Liwiusz, Swetoniusz) oraz historię Francji (). Poznał wielu wybitnych dowódców i przywódców politycznych, m.in. Wielkiego Kondeusza, króla Karola II Stuarta, Wilhelma II Orańskiego.