Choroba ta nie zeszpeciła mu zbytnio twarzy, pozostawiając ślady głównie na rękach. Od dzieciństwa przejawiał wielkie zdolności matematyczne, którymi zadziwiał podróżnych w karczmie dziadka. W 1576 roku rodzina Keplera przeprowadziła się do Leonbergu, który w 1580 roku porzuciła na dwa lata dla . Wędrówki spowodowały, że podstawowy trzyklasowy kurs ukończył w pięć lat.
Z astronomią zetknął się we wczesnym dzieciństwie. Mając 6 lat obserwował przelot komety, a mając 9 lat – zaćmienie Księżyca. Z powodu przebytej w dzieciństwie ospy miał słaby wzrok, co utrudniało mu obserwacje astronomiczne. Droga na uniwersytet prowadziła przez dwustopniowe kilkuletnie seminarium. Nauki te Kepler ukończył we wrześniu 1588 roku, uzyskując stopień bakałarza. 17 września 1589 roku rozpoczął studia teologiczne na Uniwersytecie w Tybindze. Zdobył wtedy reputację znakomitego matematyka i astrologa, stawiając horoskopy innym studentom. Pod kierownictwem Michaela Maestlina poznał zarówno ptolemejską, jak i kopernikańską teorię ruchu planet. Stał się zwolennikiem systemu Kopernika, broniąc go zarówno z matematycznego, jak i teologicznego punktu widzenia, twierdząc że Słońce jest głównym źródłem ruchu we wszechświecie.