Развитие образования и науки в первой половине XIX в. прежде всего определялось объективными потребностями страны, начавшимся промышленным переворотом, ростом экономики.
Несмотря на колебания правительственного курса в области образовательной политики, увеличивалась численность учебных заведений всех типов. Начальное образование было представлено приходскими и уездными училищами. С 30-х гг. свои школы стали создавать Министерство финансов, Военное и Духовное ведомства. Самую многочисленную сельскую школу образовало Министерство государственных имуществ. В 40—50-е гг. оно открыло 3 тыс. волостных училищ. Появились школы при фабриках.
Среднее образование давали гимназии. С 30-х гг. при них создавались реальные классы для изучения технических наук. Основным звеном высшего образования оставались университеты. Наряду с ними появлялись высшие профессионально-технические учебные заведения: Институт инженеров путей сообщения, Институт гражданских инженеров, Лесной, Горный, Технологический институты и др. Элитным учебным заведением для дворян был Царскосельский лицей.
Военное образование давали кадетские корпуса. Открылась Императорская военная академия — высшее военноучебное заведение. Кадры православного духовенства готовили духовные семинарии.
Большую роль в деле просвещения играли периодические издания. Широкую известность получили общественно-политические журналы: «Вестник Европы» Н. М. Карамзина, «Телескоп» Н. И. Надеждина, «Московский телеграф» Н. А. Полевого, «Современник» А. С. Пушкина, «Отечественные записки» А. А. Краевского.
Развитие просвещения создавало почву для подъема науки. Переворот в научных представлениях о природе пространства совершил профессор Казанского университета Н. И. Лобачевский, создавший новую геометрическую систему, получившую название неевклидовой геометрии. Мировую известность получила деятельность отечественных астрономов: создателей обсерватории Московского университета Д. М. Перевозщикова и Пулковской обсерватории под Петербургом В. Я. Струве.
В области технической мысли В. В. Петров продемонстрировал явление вольтовой дуги, выдвинул идею о ее практическом применении; П. Л. Шиллинг сконструировал первую линию электромагнитного телеграфа; Б. С. Якоби успешно работал над созданием электродвигателей; П. П. Аносов заложил основы металлургии высококачественной стали.
Н. Н. Бекетов, А. М. Бутлеров, Н. Н. Зинин явились создателями отечественной школы химиков. К. Ф. Рулье стал основателем русской школы биологов-эволюционистов. Труды К. М. Бэра положили начало эмбриологии. Н. И. Пирогов впервые применил наркоз, антисептические средства при операциях, неподвижную гипсовую повязку, создал анатомический атлас, получивший мировую известность.
В развитие географической науки огромный вклад внесли И. Ф. Крузеншерн и Ю. Ф. Лисянский, совершившие первое русское кругосветное плавание, М. П. Лазарев и Ф. Ф. Беллинсгаузен, открывшие Антарктиду. Фактически основоположником современной исторической науки стал Н. М. Карамзин, подготовивший 12-томную Историю государства Российского.
Несмотря на успехи в деле просвещения и образования, уровень грамотности населения, прежде всего крестьянского, был крайне низким. Увеличивался разрыв между уровнем образования высших и низших слоев населения. Научные открытия, вследствие экстенсивного пути развития страны, слабо внедрялись в практику.