Ngay từ cấp tiểu học, Phan Tư Nghĩa đã được gia đình gửi vào học tại trường Albert Sarraut của Pháp ở Đông Dương. Con nhà quan giàu có nhưng từ nhỏ, cậu học sinh Phan Tư Nghĩa đã biết cảm thông với những người nghèo khổ, có tinh thần dân tộc. Năm 1925, Phan Tư Nghĩa được gia đình cho sang Pháp du học. Hơn 7 năm ở Pháp, anh đã theo học từ bậc trung học lên đại học ở nhiều trường danh tiếng của Pháp tại Paris, Bordeaux, Toulouse...