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.

По состоянию на 2025 год Санкт-Петербурге базируются 43 государственных и муниципальных и 21 частное высших учебное заведение, в числе которых такие известные как Санкт-Петербургский государственный университет (171 специальность, 23 400 учащихся), Санкт-Петербургский государственный политехнический университет (170, 29 200), Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики (96, 15 200), Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И. П. Павлова (7, 20 200), Санкт-Петербургский государственный горный институт (76, 3 600), Российский государственный педагогический университет имени А. И. Герцена (86, 19 400), Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет (55, 4 100), Санкт-Петербургский государственный экономический университет (45, 7 400), Институт медицинского образования ФГБУ «НМИЦ им. В.А. Алмазова» Минздрава России (40, 600), Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет (53, 11 900, Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет (98, 7 500), Северо-Западный государственный медицинский университет имени И. И. Мечникова (6, 4 500), Санкт-Петербургский государственный морской технический университет (45, 74 000), Ленинградский государственный университет имени А. С. Пушкина (59, 15 000), Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (106, 13 500), Балтийский государственный технический университет «Военмех» (62, 3 500), Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна (62, 7 500), Национа́льный госуда́рственный университе́т физи́ческой культу́ры, спо́рта и здоро́вья и́мени П.Ф. Ле́сгафта (25, 6 700), Санкт-Петербургский университет МВД России (7, 8 000), Российская академия народного хозяйства и государственной службы (43, 28 500), Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I (43, 11 800), Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет) (45, 7 600), Санкт-Петербургский государственный университет гражданской авиации (19, 400), Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций имени профессора М.А. Бонч-Бруевича (33, 3 500), Военно-медицинская академия имени С. М. Кирова (5, 500), Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России (19, 1 700), Санкт-Петербургский государственный институт культуры (39, 8 000), Санкт-Петербургский государственный аграрный университет (38, 9 100), Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова (38, 980), Военно-космическая академия имени А. Ф. Можайского (16, 2 000), Российский государственный гидрометеорологический университет (41, 7 800).

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.