芝加哥教育、文化、科学技术、新闻和娱乐事业发达，是美国中部的高等教育中心。芝加哥共有680所公立学校，394所私立学校，83所学院和88所图书馆。其中有559所初中和高中、19所四年制学院和大学、7所两年制学院，大专院校学科齐全，从基础的职业训练到高等的科学、商贸、技术、文化和专业预科，应有尽有。其中，芝加哥大学和西北大学最负盛名。此外，芝加哥西郊的阿岗国家研究院、贝尔实验室、费米实验室的科研成就在全美以至世界都令人瞩目，有相当数目的华裔学者、工程技术人员在这些科研院室任职。
芝加哥还有伊利诺伊大学等著名学府。其他重要文化设施有艺术学院、艺术博物馆、科学和工业博物馆、谢德水族馆、阿德勒天文馆、历史协会等。耸立在城中心的古老水塔是芝加哥城1871年大火后幸存的历史文物。
芝加哥大学，是一所世界顶级的私立精英研究型大学，1891年由石油大王约翰·洛克菲勒创办，截止2017年共有92位诺贝尔奖得主曾在芝大学习或工作。芝加哥大学是世界上最负盛名的大学之一，其“芝加哥经济学派”等以人文社科为主的芝加哥学派尤为著名，这里走出了世界约40%的诺贝尔经济学奖得主，是经济学、社会学研究的中心之一。而从曼哈顿计划开始，大量顶尖科学家汇集于此，创立了美国第一所国家实验室阿贡国家实验室和之后著名的费米实验室，更奠定了芝大在自然科学界的重要地位；其中物理学家费米领导小组在此建立了人类第一台可控核反应堆（“芝加哥一号堆”），人类从此迈入原子能时代。
芝大在2015年US NEWS美国大学排名第4，世界排名第9；2016年US NEWS美国大学排名第4，世界排名第10名。
西北大学，1851年创立，是美国著名的高等学府。2015年，西北大学在权威的美国大学排名上位列第13位，在泰晤士全球大学排行榜上位列第21。共有11位诺贝尔奖获得者和38名普利策奖获得者从在（曾在）西北大学工作、求学。
