Отец Дидро стремился дать двум своим сыновьям хорошее образование. В то время во Франции получить образование можно было только в иезуитских колледжах и школах, поэтому Дени и его младший брат Дидье в возрасте 8–9 лет начали посещать такой колледж в своем родном городе, где изучали в основном древние языки, историю, ораторское искусство, литературу. Вероятно, под влиянием своих наставников, которые пытались подготовить Дидро к духовной карьере, он в совсем еще юном возрасте (ему было только 15 лет) решил уехать в Париж, чтобы завершить там свое образование.
Отец устроил Дени в колледж Д’Аркур, где тот продолжал изучение греческого языка и латыни и начал заниматься математикой, вначале не вызвавшей у него большого энтузиазма. Очевидно, годы обучения в колледже укрепили в Дидро намерение отказаться от духовной карьеры, так что по окончании его он по совету отца поступил работать помощником прокурора Клемана де Ри, уроженца Лангра, у которого служил около двух лет.
Однако юридические науки его также не привлекали, в свободное время Дени продолжал заниматься языками, включая теперь уже английский, и математикой. Наконец он решил отказаться от всякой службы вообще и посвятить себя науке.
Нельзя сказать, чтобы это решение пришлось по душе его отцу. По вполне понятным причинам тот хотел видеть своего сына «определившимся», при этом Дидро-старший проявил широту взглядов, не принуждая сына ни к какой службе и настаивая лишь на том, чтобы тот выбрал что-либо одно. Но как раз этого Дидро не мог решить — он просил у отца времени для раздумья. По его мнению, предпочтительнее было вести жизнь малообеспеченного, но свободного человека, подчиняющегося не внешним правилам, а внутренним интересам, чем скучную жизнь обеспеченного, но ограниченного чиновника.