Gaethje bắt đầu đấu vật khi 4 tuổi.[12] Anh theo học tại Trường Trung học Safford,[13] nơi anh từng bốn lần vào chung kết và hai lần vô địch tiểu bang Arizona.[14] Anh giữ số điểm đấu vật học đường xếp thứ bảy (218) và số điểm đồng đội ghi được nhiều thứ chín (1057,5) trong lịch sử của bang với tư cách là một đô vật.[15][16] Gaethje cũng chơi bóng bầu dục Mỹ và bóng chày ở trường trung học.[17] Gaethje tốt nghiệp trường Safford với thành tích 191–9. Ban đầu, anh nộp đơn vào một trường cao đẳng nhỏ ở Arizona vì muốn ở gần gia đình, nhưng sau đó anh đã chấp nhận lời đề nghị từ chương trình NCAA Division I tại Đại học Northern Colorado.[18] Khi còn là sinh viên năm nhất, Gaethje đã có thành tích 18–9, bao gồm cả vị trí thứ ba tại Oregon Wrestling Classic. Trong mùa giải thứ hai của mình, anh được xếp vào 2009 NCAA Division I 157 lb Championship với thành tịch 0–2. Anh kết thúc mùa giải với thành tích 14–4 và được ghi tên vào Western Wrestling All-Conference First Team.[19]

Khi còn là đô vật mới, Gaethje đạt mức 5–2 tại Giải vô địch hạng 157 lb NCAA Division I năm 2010, xếp vị trí thứ 7 và danh hiệu All-American. Điều này khiến anh trở thành đô vật Bắc Colorado đầu tiên đạt danh hiệu All-American Division I kể từ Larry Wagner vào năm 1970.[20][21][22] Gaethje chuyển xuống hạng 149 lb trong năm cuối cấp, nhưng phải vật lộn với việc cắt giảm cân nặng.[23][24] Anh đã giành được hạng nhì tại Giải vô địch khu vực miền Tây NCAA, và đủ điều kiện tham dự Giải vô địch hạng I 149 lb của NCAA năm 2011,[25] nơi anh đạt thành tích 1–2 để kết thúc mùa giải cấp cao của mình với thành tích 17–8.[26] Vào tháng 6 năm 2020, Gaethje được ghi danh vào University of Northern Colorado Athletics Hall of Fame vì những thành tích của mình trong môn đấu vật.[27]