青少年的廖世承成长在一个内忧外患的年代，在其父母教育和影响下，关心国事，喜欢读书，告诫自己将来定要做个好人。
1908年，廖世承高小毕业后考入邮传部高等实业学堂（即南洋公学）中院学习。在学期间，他课余常独自坐在床上，静静的看书，晚上时与同班知友谈论国事，往往至熄灯后犹不肯睡。闲时与父亲谈，耳闻父亲在圣约翰大学任教时寄洋人篱下的情景，不满意君主体政，憎恨帝国主义侵略，一心寻求民族自立的道路。就在清廷被推翻、辛亥革命成功那一年，中学五年改为四年，廖世承于是提前毕业。
1912年暑假，清华大学借南洋公学招生，录取者均有出洋深造之望，可是他亲友中有人介绍他到湖南教书，月薪40元，他父亲征求他的意见，他说：“现时家况虽然艰苦，尚未至山穷水尽地步，我总抱定得寸则寸，得尺则尺的决心，不愿我的求学历程半途而废。”他的父亲同意其要求。这样，廖世承与同班知友“在校外惜一住所，闭门苦读，预备背城借一”。当清华学校录取揭晓时，廖世承与同班其他8位同学被录取。三年后将要毕业时，他准备出国攻读教育学和心理学，决心献身于教育事业。他的这一选择遭到许多亲友的竭力反对，说什么“教育事业是最没有出息的，一生吃粉笔灰，如学经济学、银行学，才是金饭碗”。然而，亲友的劝阻和反对都没有动摇廖世承学教育、立志终身搞教育的决心和信心。
1915年，廖世承和同学诸人一起赴美留学，在勃朗大学插入二年级学习。他知道双亲盼他早日就事，所以不愿长期留学。为此，他总想每学期多读几个学分，在四年内读毕了六年学程，而且成绩优异。在第四学年时，因他得第一居多，又是研究心理学和测验的，经教授特别保举被荣誉学会理事会讨论通过吸收为属科学一种的荣誉会员，获得金匙。在勃朗大学不仅获得了学士与硕士学位，而且还通过了博士及格考试，并准备收集博士论文材料，后因经济拮据，加上父亲催促，于1919年回国，博士论文在国内写就后寄去，所以他的博士文凭回国两年后才得到。廖世承是我国现代最早获哲学博士学位的留学生。