新式教育即近代文化知識在中國的傳授，起步於鴉片戰爭前後的東南沿海。當時來華的外國傳教士，為了推進其傳教事業，設立了一些教會學校，較早的有1839年美國傳教士在澳門開辦的馬禮遜學堂，首批學生有6名，全是男生，其中有後來赴美留學的容閎，年齡最大的15歲。他們全都住宿，免收學雜費和食宿費，半天學中文，半天學英文。1842年，該校由澳門遷到香港，學生增至20多人。課程設置也有增加，除中英文外，還有地理、曆史、算術、代數、幾何、初等機械學、生理學、音樂等；與此同時，也向學生宣講基督教的知識（王忠欣：《基督教與中國近現代教育》，湖北教育出版社2000年版，第19、20頁；容閎：《西學東漸記》，嶽麓書社1985年版，第42～48頁。）。
五口通商後，教會學校又在廣州、廈門、福州、寧波和上海相繼設立。1843年英國教會在寧波開設的女子學塾，是傳教士在中國設立的第一所女子學校。同年，倫敦會在廈門開設了英華男塾；又過一年，美國長老會在寧波也開設了一所男塾；1846年，美國聖公會在上海創辦了一所男塾。1850年天主教耶穌會在上海創辦的徐彙公學，是天主教會在中國開辦的最早的近代學校之一。同年，英國聖公會在上海創辦了英華學塾，美國北長老會在上海創辦了清心書院，其他差會分別在廣州、廈門開辦學堂。1853年，美國公理會在福州開設格致書院；同年，天主教會在天津開辦了法漢學堂、誠正小學和淑貞女子小學。1858年，歸正會在廈門開設了真道學校（顧衛民：《基督教與近代中國社會》，上海人民出版社1996年版，第239頁。）。據統計，1860年前，天主教在香港、澳門、廣州、福州、廈門、寧波和上海設立的38所學校中，上海有15所，福州、香港各6所，廣州4所，寧波3所，廈門、澳門各2所。基督教新教在香港、廣州、福州、廈門、寧波和上海開設的各式學校有50所，學生有1000餘人（熊月之：《西學東漸與晚清社會》，上海人民出版社1994年版，第288～289頁。）。
第二次鴉片戰爭後，教會學校由最初的五口通商城市擴展到內地。到1875年，各地的教會學校總計有800所，約93％為小學程度。其中如1871年設於武昌的文氏學堂（華中大學的前身）、設於蘇州的存養書院（東吳大學的前身）以及設於山東登州的蒙養學堂（後定名為文會館，為齊魯大學的前身），都是較有影響者（吳宣德：《中國區域教育發展概論》，湖北教育出版社2003年版，第112頁。）。截至1901年底，山東境內的基督教學堂共221所，學生2844人；天主教學堂67所，學生239人。該省境內濰縣、登州、青州、濟南、濟寧、沂州等地的教會中學，雖然程度、水平不一，但“一般來說這些學校畢業的學生可以找到良好的工作，如秘書、書記員、翻譯、電報員、教師等等，並可得到較高的工資”（青島市檔案館：《帝國主義與膠海關》，檔案出版社1986年版，第96～97頁。）。據估計，1911年上海教會學校的在校學生當不少於2萬人（熊月之：《略論晚清上海新型文化人的產生與彙聚》，《近代史研究》1997年第4期。）。
自19世紀60年代洋務運動開展後，一批洋務學堂陸續開辦。1862年，清朝政府官辦的第一所學習外語的新式學堂——京師同文館設立，開創了中國近代官辦新式教育的先河。它的開辦，緣起於清朝政府培養翻譯人才的需要，最初隻有英文館，學生10名；次年增設法文館和俄文館，各招學生10名。1863年，李鴻章在上海設立同文館，後改稱廣方言館。其初訂章程規定入學者須14歲以下，額定40人，延聘外籍教師教授英語和法語。1864年，廣州也開辦了同文館，招收20名學生學習英語。京、滬、粵三地設立同文館的初衷，都是出於對外交往的需要，培養外語人才。隻有上海同文館從一開始就規定，除了學習外語，還要學習算學，以備進而講求“西人製器尚象之法”。1869年，它又移至江南製造局內，主辦者強調“學館之設本與製造相表裏”，旨在為製造局培養一些技術人才，規定學生在學習一段各科基礎知識後，即分專科學習，共分礦冶、鍛鑄、製造、汽機、航海、攻戰、外文等七門（劉誌琴主編：《近代中國社會文化變遷錄》第1卷，浙江人民出版社1998年版，第185頁。）。
隨著洋務企業的開辦，廣州、福州、天津、上海等地都有一些專門的技術學校設立。在廣州有1880年創立的廣東實學館，1884年設立的廣東黃埔魚雷學堂，1887年設立的廣東水師陸師學堂，1891年設立的廣州商務學堂，1895年設立的廣州鐵路學堂，1896年設立的廣州蠶桑學堂，為廣東培養了一批早期工程技術和軍事技術人才。1866年，閩浙總督左宗棠在福州設立福州船政局，同時附設求是堂藝局，後改名為船政學堂，招生學習製造、駕駛等技術。它分為前後兩堂，前堂學製造，以法文授課，後堂學駕駛，以英文授課，是近代中國第一所專門技術學校，為福州船政局培養了一批技術人才和近代海軍人才。著名啟蒙思想家嚴複，是該校的首屆畢業生。1880年，李鴻章在天津開辦北洋電報學堂，招聘丹麥籍教師培養中國最早的電訊人才。至1904年止，該校共培養學生約3000人。1881年，李鴻章又設立天津水師學堂，為北洋水師的建立和發展培養人才，成為“開北方風氣之先，立中國兵船之本”的培養海軍人才的軍事學校。1885年設立的天津武備學堂，是中國最早的一所培養近代陸軍人才的軍事學校。1893年開辦的北洋醫學堂，是中國最早的培養西醫的學校。1895年由天津海關道盛宣懷創設的北洋西學堂，最初是一所工科專科學校，1903年複校後改稱北洋大學，是中國最早的工科大學。1898年，江南製造局繼主辦廣方言館後，又設立工藝學堂，分化學工藝與機器工業兩科，學額50名，學製4年。一些學生在日後的城市經濟發展中成績突出。上海近代化學工業的早期創業者吳蘊初（天廚味精廠、天原化工廠、天利氨氣廠創辦人）、方液仙（中國化學工業社的創始人）、李潤田（上海鑒臣香料廠的創辦人）均畢業自這兩所學校（潘君祥：《洋務運動和中國近代早期的城市化》，《城市史研究》第3輯。）。
1872年，由容閎倡議並帶隊的中國首批官費留美學生30人從上海啟程赴美。隨後至1875年間，每年派送30人，共四批120人。其中大多數年齡在12～14歲之間。從籍貫看，廣東84人，江蘇21人，浙江8人，安徽4人，福建2人，山東1人，可見生源主要來自東部沿海的廣東和江浙地區（劉誌琴主編：《近代中國社會文化變遷錄》第1卷，第297頁。）。這些留美學生歸國後，大多成為外交、海軍、航運、電報、鐵路、礦業等領域的骨幹，據統計，“在一百二十名中，從事外交洋務（包括海關）的有三十一人，海軍和航業的有二十八人，電報十八人，鐵路十六人，礦業八人，商業七人，醫生五人，教育四人”（胡光麃：《早期出洋的遊學生》，（台北）《傳記文學》第34卷第2期。），其中有主持京張鐵路工程的詹天佑。1875年，福州船政學堂也相繼分批派遣船政學堂學生赴歐洲考察、留學和實習，重點是學習與海軍和造船有關的技能，他們後來大多成為這方麵的專門人才。
19世紀70年代後，隨著中外貿易的擴展，各式外語學館在沿海通商口岸次第開辦。據統計，自1872年至1875年，僅在《申報》上刊登招生廣告的外語學館就有14所，加上此前已有的兼教外語的西學堂等，1875年時上海至少已有24所教習外語的新式學校（張仲禮主編：《近代上海城市研究》，上海人民出版社1990年版，第948頁。）。這些學館有大有小，有外國人辦的，也有中國人辦的，有長期的，也有短期的，有日館，也有夜館，有的明碼標價，有的則聲言“修金麵議，格外公道”。有的標明“授英字英語，兼譯英文賬目並書信等”；有的聲稱“專教英語，學習三個月之後，可能與西人把話”（《申報》1872年7月11日、1872年12月16日。）。
據統計，早在清末新政期間全國性教育改革開始之前半個世紀內，東南沿海廣州、廈門、福州、寧波、上海五個通商口岸已經設立66所重要的新式學堂。它們的創辦人或者是早期來華的外國傳教士，或者是比較務實開明的地方官員、學務機構、士紳、富商。從學堂類型看，早期官辦新式學堂以外文、軍工、通訊技術類為主，士紳、富商或外國傳教士所辦學堂以自然科學技術學堂、醫學堂、女學堂和初等學堂為主。其中，格致書院和醫學堂幾乎全是由外國傳教士創辦（張仲禮主編：《東南沿海城市與中國近代化》，上海人民出版社1996年版，第714頁。）。
而同一時期，廣袤的西部地區則相對沉寂。無論是教會學校還是洋務學堂，多是在1891年重慶開埠通商後才出現的。1892年，川東兵備道黎庶昌在重慶開辦了四川第一所新式學校——洋務學堂，“考選學生正副額各二十人，其課程外國文外，增設科學，而以英語、數學為主科。在四川未廢科舉以前，此為官立學校之始”（民國《巴縣誌》卷11。）。1894年，美國傳教士在重慶開辦了求精中學、廣益中學、啟明小學。1898年，法國傳教士在重慶設立法文學堂。據統計，1901年以前，外國教會在四川所辦的學校有460所，數目雖不少，但主要是初等教育性質，對知識分子的近代化影響不大（何一民：《轉型時期的社會新群體：近代知識分子與晚清四川社會研究》，四川大學出版社1992年版，第8、168頁。）。1896年，時任禮部尚書的貴陽人李端棻上《請推廣學校折》，建議“自京師以及各省府州縣皆設學堂……學中課程，輔之以各國語言文字及算學、天文、地理……格致、製造、農桑、兵礦、時事、交涉等書”，同時又倡議“設藏書院，創儀器樓，開譯書局，廣立報館，選派遊曆”，是為清末教育改革的先聲。1897年，貴州提督學政嚴修呼應上述建議，著手改革學古書院的教學內容，“誦讀經史，兼習泰西之學，在學校中增設算學、格致、英文等課程”（遊建西：《近代貴州苗族社會的文化變遷》，貴州人民出版社1997年版，第16頁。）。而新式教育在西部地區的較普遍開展，是在清末新政期間。
1901年後“新政”推行，需要相應的新式人才，張之洞、劉坤一奏稱，現行科舉章程本是沿襲前明舊製，“承平之世，其人才尚足以佐治安民。今國蹙患深，才乏文敝，若非改弦易轍，何以拯此艱危”（張之洞：《張文襄公全集·奏議》卷52，第11頁。）。1901年9月，清廷頒旨：“著各省所有書院，於省城均改設大學堂，各府及直隸州均改設中學堂，各州縣均改設小學堂，並多設蒙養學堂。其教法當以四書五經綱常大義為主，以曆代史鑒及中外政治藝學為輔。”同年12月又頒布學堂選舉鼓勵章程，規定大學堂畢業生考試合格者可得舉人、進士等出身，“量加擢用，因材器使，優予官階”（朱壽朋：《光緒朝東華錄》，中華書局1958年版，第4719、4787頁。）。傳統的教育製度因此發生重大變革。1902年，清朝政府擬定頒布了《欽定學堂章程》，是年為舊曆壬寅年，故稱“壬寅學製”。它將學校分為七級，修業年限共計二十年，從蒙學堂起始，依次為尋常小學堂、高等小學堂（另含簡易實業學堂）、中學堂（另含中等實業學堂）、高等學堂及大學預備科（另含高等實業學堂）、大學堂、大學院，此外還有師範學堂和高等教育性質的師範館、仕學館，這是中國首次頒布的較完備的近代學製係統。它幾乎照搬了明治三十三年（1900年）的日本學製，但刪除了女子教育，學製的年限增加了兩年。壬寅學製規定，學製係統同時也是教育行政係統，大學院既是最高學府，又是全國最高教育行政機構。但該學製並未具體實旋。1904年1月，經過修訂後的《奏定學堂章程》即“癸卯學製”正式頒布實施。較之壬寅學製，正式推行的癸卯學製又有新的內容。修訂後的學製專設總理學務大臣，主管全國學政，與學校教育係統分開，初步形成中央一級的教育行政機構；癸卯學製承認女子在家庭範圍內接受教育的權利，並將初等教育十年減為九年，初小一級增設藝徒學堂，中學分設實業科，大學預科與高等實業學堂平行，增加了中學選擇實業深造的途徑；加強了師範教育，擴大了師範學校的類型；增設了譯學館及方言學堂，增強了外語教學。癸卯學製的實施和1905年宣布廢除科舉考試製度，標誌了中國近代教育體製的建立。
另一方麵，清朝政府還鼓勵出洋留學，1901年9月頒諭聲稱：“造就人才，實係當今急務”，要求各省督撫選派學生出洋遊學，“其遊學經費，著各直省妥籌發給，準其作正開銷”，並許諾對學成回國的留學生經考試合格，“分別賞給進士、舉人各項出身，以備任用，而資鼓舞”；同時規定，對自費出洋留學者，也給予獎勵，“準照派出學生一體考驗獎勵”（朱壽朋：《光緒朝東華錄》，第4720頁。）。以後，清朝政府又先後頒發《遊學章程十款》、《獎勵章程十款》和《遊學西洋簡明章程》等，出洋留學的人也越來越多，後來清政府對歸國留學生經考試授予功名的資格也有明確規定，1907年4月學部稱：