На январь 2012 года систему дошкольного образования составляли 1054 детских садов и яслей. Практически все они, за исключением единичных частных заведений, находятся на балансе муниципалитета. В городе 690 общеобразовательных учреждений, из них 609 школ, в том числе 135 с углублённым изучением предметов, 72 гимназии, 45 лицеев, 21 вечерняя школа, 40 коррекционных школ, 8 школ-интернатов, 19 спецшкол, 58 учреждений дополнительного образования детей, 48 учреждений начального и среднего профессионального образования. Среди них отметим Академию русского балета им. А. Я. Вагановой, Санкт-Петербургский музыкальный колледж имени М. П. Мусоргского, из военных заведений известны Санкт-Петербургское суворовское военное училище, Нахимовское военно-морское училище, Военно-космический Петра Великого кадетский корпус, Морской кадетский корпус и другие.

В Санкт-Петербурге базируются 56 государственных и 45 частных высших учебных заведений, в числе которых такие известные как Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И. П. Павлова, Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I, Санкт-Петербургский государственный морской технический университет, Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций имени профессора М. А. Бонч-Бруевича, Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет), Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет, Санкт-Петербургский государственный экономический университет, Санкт-Петербургский государственный горный институт, Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, Российский государственный педагогический университет имени А. И. Герцена, Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет, Санкт-Петербургский государственный институт кино и телевидения и другие. В городе функционирует целый ряд военных высших учебных заведений: Военно-космическая академия имени А. Ф. Можайского, Военно-медицинская академия имени С. М. Кирова, Михайловская военная артиллерийская академия, Санкт-Петербургский военно-морской институт, Военный инженерно-технический университет, Санкт-Петербургское высшее военное училище радиоэлектроники, Санкт-Петербургский институт ФСБ России и другие.

Санкт-Петербург — один из крупнейших научно-образовательных центров России, в котором находится более 10 % научного потенциала страны: это более 350 научных организаций, в том числе 70 организаций Академии наук РФ и других государственных академий, в которых работают 170 тысяч научных сотрудников, в том числе 9 тысяч докторов наук и 26 тысяч кандидатов наук. По числу занятых в научно-образовательной сфере в составе общей численности населения города, город занимает второе место в Российской Федерации. В нём располагается Санкт-Петербургский научный центр Российской академии наук, объединяющий свыше 60 академических институтов и других научно-исследовательских учреждений; многочисленные научно-исследовательские институты. На южной окраине располагается Главная (Пулковская) астрономическая обсерватория Российской Академии наук.