Stanisław Moniuszko już we wczesnym dzieciństwie zaczął zdradzać talent muzyczny. Mieszkał wtedy z rodzicami w folwarku Ubiel, więc pierwsze kroki w dziedzinie muzyki zaczął stawiać dzięki matce, która, jak podają źródła, ładnie i chętnie śpiewała, grała także na klawikordzie. Stanisław Moniuszko tak wspominał początki edukacji:

"Nie należałem ja wcale do dzieci zwanych cudownymi, lecz od najmłodszych lat czułem nieprzeparty pociąg do muzyki, w którym się też bardzo wcześnie objawiło moje powołanie. Matka najpierwsza spostrzegła we mnie tę połyskującą iskierkę zdolności, i jak tylko palce moje nabrały cokolwiek siły, sama zaczęła mnie uczyć początków ukochanej muzyki".

Pod okiem matki Moniuszko zaczął pobierać pierwsze lekcje muzyki, a do nauki służył mu zbiór Śpiewów historycznych Juliana Ursyna Niemcewicza. Był to popularny w tamtym czasie zbiór wierszy poświęconych słynnym postaciom z historii Polski – królom, rycerzom, świętym – do których muzykę skomponowali popularni twórcy XVIII i XIX wieku. W okresie dzieciństwa Moniuszki Śpiewy historyczne były podstawą wychowania patriotycznego i wiele polskich domów szczyciło się ich posiadaniem, dając do lektury i praktyki muzycznej dorastającej młodzieży.

Po okresie edukacji domowej przyszedł czas, by Stanisław Moniuszko rozpoczął naukę w szkole. Opisuje to Henryk Opieński w swojej książce poświęconej kompozytorowi:

"Mimo niezgrabnej szerokiej rączki a zbyt cienkich paluszków, postępy w grze musiały być widoczne, a zwłaszcza chęć i zamiłowani do nauki muzyki objawiać się coraz silniej, bo o poważniejszych studiach dla syna wcześnie zaczęto już myśleć. Miał Staś zaledwie lat osiem, kiedy się doskonała ku temu nadarzyła sposobność. Ponieważ Albinka Korsakówna, ukończywszy lat 15, potrzebowała wyższego kształcenia się w naukach, a młode rodzeństwa Korsaków z Stasiem Moniuszką nieodłączną już w Mieciawiczach stanowiło kompanię, postanowiono, że państwo Czesławostwo wraz z żyjącą jeszcze babcią, panią Sędziną, z domu Woyniłłowiczówną, osiądą w Warszawie dla dalszego kształcenia trojga dzieci".

15 sierpnia 1827 roku rodzina Moniuszków wyjechała do Warszawy. Tam zakupiono fortepian do nauki muzyki, ale zadbano także, by Stanisław mógł odebrać należyte przygotowanie ogólne. Po okiem pięciu korepetytorów przygotowywał się do egzaminów do czwartej klasy Szkoły Pijarów. Lekcje muzyki odbywały się w domu, a udzielał ich młodemu Moniuszce August Freyer, znajomy Fryderyka Chopina i organista kościoła ewangelickiego w Warszawie. Podobno wielkiego talentu nie wypatrzył wówczas w małym Moniuszce, ale lekcji nie zaniechał, dodatkowo przekazywał swemu uczniowi wiedzę z zakresu zasad muzyki.

Stanisław Moniuszko zdał w międzyczasie zdał egzaminy z wymaganych przedmiotów i 9 lipca 1830 roku otrzymał zaświadczenie, wystawione przez Pawła Kotowskiego, rektora Szkoły Wojewódzkiej Księży Pijarów, w którym potwierdzono, że „egzaminowany przez profesorów Szkoły z nauki religii, języków: polskiego, łacińskiego, francuskiego, niemieckiego, historii, nauk przyrodzonych i matematycznych okazał, że we wszystkich tych naukach uczynił postęp dostateczny do klasy IV-ej”. Po złożeniu egzaminów Stanisław Moniuszko wraz z rodzicami pojechał na zasłużone wakacje do domu, do Ubiela.

Ze względu na gęstniejącą atmosferę i widmo powstania (które ostatecznie wybuchło w listopadzie 1830 roku), rodzina zdecydowała się już nie wracać do Warszawy. Jesienią Moniuszkowie przenieśli się do Mińska. Ojciec kompozytora, Czesław Moniuszko, wspominał ten czas w swoich pamiętnikach:

"Umieściwszy syna w gimnazjum, dodając mu prywatnych metrów, przepędzaliśmy czas jak można najkorzystniej dla nauk i talentu muzyki, któren Staś coraz widoczniej zaczął rozwijać przy pomocy metra Dominika Stefanowicza".

Lekcje muzyki zatem powierzono Stefanowiczowi, właścicielowi pensji żeńskiej w Mińsku, w którym współcześni nie widzieli geniuszu. Moniuszko jednak potem, z perspektywy dorosłego życia, najwięcej doceniał lekcje u mińskiego nauczyciela, jego optymizm i zapał do edukowania młodzieży. Dominik Stefanowicz zmarł w 1848 roku.

6 lipca 1834 roku zdał egzamin gimnazjalny, kończący szóstą klasę. W kolejnych latach rozwój intelektualny zawdzięczał Moniuszko stryjom, a w największym stopniu najmłodszy brat ojca, Aleksander, miał największy wpływ na rozbudzenie zainteresowań literackich i filozoficznych Stanisława Moniuszki. W jego towarzystwie przyszły kompozytor odbył kilka podróży do Wilna, stryj podsuwał mu też ważne dla rozwoju lektury – wybitne dzieła literatury europejskiej i pisma filozoficzne.

Podczas jednego z takich wyjazdów Stanisław Moniuszko poznał swoją przyszłą żonę, Aleksandrę Müllerównę, o której rodziców zatrzymał się na czas pobytu w Wilnie. Mimo rodzącego się wielkiego uczucia musiał jednak zostawić ukochaną, gdyż rodzice zezwolili mu na zagraniczny wyjazd na studia do Berlina.

W Berlinie spędził cztery lata, od 1837 do 1840 roku. Pobierał wówczas nauki w Akademii Śpiewaczej pod okiem dyrektora tej instytucji, Carla Rungenhagena. Akademia nie była uczelnią, zatem edukacja Moniuszki polegała na nauce przez praktykę. Przepisywał nuty, akompaniował śpiewakom, brał udział w koncertach i próbował sił w dyrygowaniu. Przez obserwację i codzienną praktykę poznawał warsztat kompozytorski i uzupełniał wiedzę o stylu i technice wielkich kompozytorów kręgu niemieckojęzycznego od muzyki dawnej po XIX wiek.

W 1840 roku Carl Rungenhagen wystawił Moniuszce zaświadczenie potwierdzające odbycie edukacji muzycznej. Wyposażony w ten dokument Stanisław Moniuszko wkroczył w dorosłe życie jako zawodowy muzyk.