Đỗ Văn Đại sinh ngày 21 tháng 5 năm 1974 tại xã Hoàng Ninh, nay là thị trấn Nếnh, huyện Việt Yên, tỉnh Bắc Giang. Ông lớn lên và tốt nghiệp phổ thông ở quê nhà, sau đó thi đỗ thủ khoa Trường Đại học Luật Hà Nội, nhập học ngành luật ở thủ đô vào năm 1993. Năm 1994, ông là một trong 10 thủ khoa đại học ở Việt Nam được chọn đi du học tại Pháp, tiếp tục học cử nhân ngành luật thuộc hệ thống luật thành văn bằng tiếng Pháp tại Đại học Aix-Marseille III (tức Đại học Paul Cézanne Aix-Marseille III) ở Aix-en-Provence, tỉnh Bouches-du-Rhône rồi tốt nghiệp năm 1999. Cùng năm này, ông theo học cao học luật chuyên ngành luật kinh doanh và bảo vệ luận văn đề tài Le sort de la caution en cas de redressement judiciaire du débiteur principal en Droit français[lower-alpha 1] năm 2000.

Năm 2001, Đỗ Văn Đại thi đỗ nghiên cứu sinh tại Aix-Marseille III, bảo vệ thành công ở mức xuất sắc luận án tiến sĩ đề tài Le rôle de l’intérêt privé dans le contrat en Droit français[lower-alpha 2] và trở thành Tiến sĩ Luật học vào tháng 1 năm 2004. Luận án này được hướng dẫn bởi Giáo sư Jacques Mestre, Chủ tịch Hiệp hội Tiến sĩ Luật nước Pháp, được in ấn và xuất bản bởi Nhà xuất bản Paul Cézanne Aix-Marseille.[3] Vào tháng 3 năm 2005, ông thi đỗ kỳ thi quốc gia Pháp về Maître de conferences, tức chức danh dưới chức danh Giáo sư đại học tại Pháp và tiếp tục nghiên cứu luật học song song ở cả Pháp và Việt Nam.[4]