A Princesa Dona Isabel começou sua educação em 1 de maio de 1854 quando foi ensinada a ler e escrever em português por um professor homem, que também era um republicano confesso.

Nas palavras do próprio pai, o Imperador, a educação de suas duas filhas "não deve diferir da que se dá aos homens, combinada com [o que convém] a do outro sexo: mas de modo que não sofra a primeira".

Ele "deu às filhas uma educação ampla, democrática e rigorosa, através tanto do currículo quanto dos professores que o ensinavam". Isabel e Leopoldina estudavam por mais de nove horas e meia por dia e durante seis dias por semana.

Os assuntos estudados incluíam literaturas portuguesa e francesa, astronomia, química, a história de Portugal, Inglaterra e França, desenho, dança, piano, economia política, geografia, geologia e a história da filosofia.

Quando adulta, além de seu nativo português, Isabel também era fluente em francês, inglês e alemão.

Dentre seus professores estavam alguns que tinham ensinado seu pai quando criança, além do próprio Pedro, que dava aulas de latim, geometria e astronomia.