1849年9月26日，巴甫洛夫出生在俄國中部小城梁贊，他的父親是位鄉(xiāng)村牧師，母親替人家做飯貼補家用。

巴甫洛夫自幼學(xué)習(xí)勤奮、興趣廣泛。由于他父親喜歡看書，家中有許多像赫爾岑、車爾尼雪夫斯基等人的進(jìn)步著作，在父親的影響下，巴甫洛夫一有空就爬到閣樓上，讀父親的藏書。21歲時他和弟弟德米特里一起考入彼得堡大學(xué)自然科學(xué)系。

他和弟弟盡管在大學(xué)里學(xué)習(xí)優(yōu)異并年年獲獎學(xué)金，但生活還是比較清貧，需要給別人做家庭教師才能維持日常生活。為了節(jié)省車費，他們每天都要步行走好遠(yuǎn)的路。巴甫洛夫在大學(xué)里以生物生理學(xué)為主修課，學(xué)習(xí)十分刻苦，為了使實驗做得得心應(yīng)手，他不斷練習(xí)用雙手操作，漸漸地相當(dāng)精細(xì)的手術(shù)他也能迅速準(zhǔn)確地完成，導(dǎo)師很賞識他的實驗才能，常叫他當(dāng)自己的助手。巴甫洛夫不懂就問，每次手術(shù)都做得既快又好，漸漸有了名氣。巴甫洛夫四年級時在導(dǎo)師指導(dǎo)下和另一同學(xué)合作，完成了關(guān)于胰腺的神經(jīng)支配的第一篇科學(xué)論文，獲得了校方的金質(zhì)獎?wù)隆?br>

1875年，巴甫洛夫獲得生理學(xué)學(xué)士學(xué)位，成為自己導(dǎo)師的助教，同年他又考上了圣彼得堡大學(xué)醫(yī)學(xué)院。1878年，他應(yīng)俄國著名臨床醫(yī)師波特金教授之邀，到他的醫(yī)院主持生理實驗室工作。實驗室聽起來好聽，其實只是一間非常陳舊狹小的屋子，它既像看門人的住房，又像一間澡堂，巴甫洛夫卻在這里工作了10余年。

后來巴甫洛夫開始研究血液循環(huán)和神經(jīng)系統(tǒng)對心臟的影響。1883年寫成“心臟的傳出神經(jīng)支配”的博士論文，獲得帝國醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)博士學(xué)位、講師職務(wù)和金質(zhì)獎?wù)隆?/p>