Przyszły premier był chorowitym, ale inteligentnym dzieckiem. Naukę rozpoczął w prywatnej szkole wielebnego Edwarda Wilsona. Tam nauczył się biegle języka hiszpańskiego i greckiego. W 1773 r. rozpoczął naukę w Pembroke Hall na Uniwersytecie Cambridge. Studiował tam filozofię polityczną i klasyczną, matematykę, chemię i historię. Jego wychowawcą był George Pretyman, który został bliskim przyjacielem Williama. W 1776 r., z powodu złego stanu zdrowia, Pitt skorzystał z przywileju przysługującego dzieciom arystokratów i ukończył uczelnię bez zdawania egzaminu. Podczas nauki w Cambridge Pitt zawarł również wieloletnią przyjaźń z Williamem Wilberforce’em.
Ojciec Williama zmarł w 1778 r. Jako młodszy syn William otrzymał niewiele z rodzinnego spadku. Rozpoczął praktykę prawniczą w Lincoln’s Inn i został powołany do pełnienia funkcji prawniczych.