W okresie regencji Filipa Orleańskiego, mały Ludwik zamieszkał w Vincennes, 7 kilometrów na wschód od Paryża, gdzie powietrze było zdrowsze niż w mieście. Później zamieszkał w pałacu Tuilerie, niedaleko Palais-Royal, siedziby księcia Orleanu. Zgodnie z tradycją królewskiego domu, po ukończeniu 7 roku życia, Ludwik przeszedł spod kurateli kobiet pod opiekę mężczyzn. W lutym 1717 r. został odseparowany od madame de Ventadour. Jego wychowawcami zostali książę de Villeroi i André Hercule de Fleury, późniejszy kardynał. Książę de Villeroi, stary i doświadczony dworzanin, uczył młodego króla dworskich zachowań. Ludwik nauczył się maskować swoje uczucia i swoją nieśmiałość.
Fleury kierował właściwą edukacją króla. Do pomocy dobrał sobie najznakomitszych profesorów epoki, takich jak geograf Guillaume Delisle. Ludwik XV był bardzo zdolnym dzieckiem i miał otwarty umysł. Dużo czytał, popierał naukę i nowe technologie. Utworzył wydziały fizyki (1769 r.) i mechaniki (1773 r.) na Collège de France. Ludwik darzył wielkim szacunkiem Fleury’ego, który do końca życia wywierał wielki wpływ na króla.