徐光宪，1920年生于浙江省绍兴市。自幼勤奋好学，中学时曾获浙江省数理化竞赛优胜奖。由于家境清贫，1936年，初中毕业后便考入浙江大学附属高级工业职业学校，1937年转学浙江宁波高级工业职业学校，1939年毕业。
时值抗日战争，社会动荡不安。原拟赴昆明参加铁路修建的徐光宪，因路费被领班私吞，滞留在上海，为了生存只好当上了家庭教师。在困境中，徐光宪强烈的求知欲与日俱增。他省吃俭用，积攒学费，挤出时间，终于考入交通大学。他夜晚兼任家庭教师，日间上学，焚膏继晷，刻苦攻读，由于学习成绩优秀，1946年1月起被交通大学化学系聘为助教。
徐光宪为了继续深造，于1948年初赴美国留学，1月至6月就读于华盛顿大学化工系。1948年夏，在纽约哥伦比亚大学暑期试读班中，成绩名列榜首，被该校录取为研究生并被聘为助教，不仅免交学费，还被正式列入教员名录。当时能得到这一待遇的留学生是极少的。
徐光宪攻读量子化学，一年后即获得哥伦比亚大学理学硕士学位。由于成绩优异，1950年7月被选为美国Phi Lamda Upsilon荣誉化学会会员，荣获象征能打开科学大门的一把金钥匙及荣誉会员证书。1951年3月完成博士论文《旋光的量子化学理
论》，并通过论文答辩，获得博士学位，并被选为美国Sigma Xi 荣誉科学会会员，再次获得金钥匙一把。他从入学到取得博士学位只用了两年零八个月的时间，这在当时美国第一流水平的哥伦比亚大学，是很不容易的。
在美国留学期间，徐光宪不但热衷于攀登科学高峰，刻苦攻读，潜心研究，也时刻不忘
祖国。他参加了进步学生组织“留美科学工作者协会”，并成为该会纽约分会的负责人之一。他还参加了唐敖庆等人发起的“新文化学会”和以唐敖庆为会长的“哥
伦比亚大学中国同学会”，后一组织和其他进步中国留美学生组织于1949年10月在纽约国际学生公寓举办了庆祝中华人民共和国成立的大会，向联合国发了签