1905年11月1日，高士其出生在福州城一個知識分子家庭。他的父母、祖父母都酷愛文學，喜歡作詩。高士其從小就受到良好的家庭教育。
高士其天生聰穎，四歲，就開始學習識字，背詩。他記憶力超群，不用多久，便能把詩背得滾瓜爛熟。
有一年，高士其的弟弟突然得了病，病得很厲害，請大夫來看，大夫說：“這小家夥病得很嚴重，是‘白喉杆菌’侵入他的身體，使他的喉嚨裏長出白膜，弄不好會致命的。”最後，高士其的弟弟真的病情加重，導致呼吸困難室息而死。全家人都為此而悲傷。過了一段時間，高土其也患上了白喉病，幸虧搶救及時，才從死神手中掙脫出來。
高士其特別喜歡讀書，六歲那年就開始上學了。他第一天上學時，興奮得天還沒有亮就跑到學校去。學校的工友對他說：“哈，還早著哩，哪有這麼早上學的呢？先回去吧。”
這事被老師知道了，誇獎高士其說：“像這樣求學心切，勤奮好學，將來一定會成為國家的棟梁之材呀！”
高士其在學校認真聽課，回家專心複習。他讀書像著了迷似的，有的時候，連貫耳的驚雷聲竟也聽不到，可見他讀書是多麼的專心啊。
三年級時，高士其轉到當地有名的明倫小學讀書。那些紈絝子弟隻知玩耍，整天胡鬧，高士其對此非常痛恨，從不和他們來往。
高士其因為平時喜歡看書，積累了豐富的詞彙，因此作文寫得特別好。尤其是有一次老師出了個作文題目是《論釣》，高士其借題發揮得很好，受到了老師的表揚。
高士其的媽媽教育孩子非常嚴格，她寫得一手好字。在高士其放假期間，她要求兒子練字。常常是高士其寫了一遍又一遍，媽媽還總是搖頭。她指出兒子的缺點，這一筆不夠有力，那一筆布局欠妥。高士其在媽媽的嚴格要求下，知道自己還差得很遠，於是便天天堅持練習，從不怕苦。就這樣，嚴師出高徒，時間長了，高士其果真練出了一手好字。
高士其十三歲那年，以優異的成績考入了北京清華留美預備班。全家人都為他高興，他自己更是興奮得不得了。
不久，高士其懷著強烈的求知欲奔赴北京。一路上，他看到的是貧窮和落後。他想：“到美國去學習新科學，我一定加倍努力，回來後振興貧窮落後的祖國！”
到北京後，由於高士其的成績優秀，一入學就插入了二年級。可是由於學校全是英語式教學，他原先英語基礎差，學習感到很吃力。但是高士其並不氣餒，下決心攻克英語關。他每天把單詞寫在小本子上，一有空就讀、背，連買飯時也不閑著。由於他的勤奮努力，想盡各種方法，利用所有的零碎時間學習，漸漸地，他已能聽懂老師的講課了。到期末考試時，過去隻學了點ABC的高士其竟然獲得了“英語優等獎章”。
到了暑假，山東華詳義賑會為修公路，請高士其給美國設計人員當翻譯。他譯文正確，對答如流，人們還以為這位“小翻譯”是美國長大的孩子呢。這件事使高士其懂得了：外語是通向世界的橋梁，多懂一門外語，就多熟悉一個世界，多學到很多新的知識。所以，當他讀到四年級時，便又選學了德語和法語。
高士其用功學習，他最感興趣的是生物學，簡直成了生物迷。
高士其在北京清華留學預備學校讀了七年書。先後獲得英語、國語、化學、生物學等優等獎章。1925年，他以優異的成績畢業，被保送到美國留學深造。
胸懷大誌的高士其到美國後，忘我地讀書、研究，泡在實驗室觀察各種病菌、病毒，那千變萬化的生物習性和生態樣式。讀書務必求本，試驗力求親身。為了研究食物毒菌的危害，他竟然將一部分經過減毒的毒菌吞食下去，作感染實驗，記錄自身的病狀反應。高士其認為：隻要試驗對消滅這樣的細菌有貢獻，即便是自己中毒了也值得。他這種冒著死亡的危險，進行自身試驗的科研精神，震動了當時的所有醫護人員，他們一致讚歎中國人的奉獻品格和犧牲精神。
高士其天賦出眾，研究刻苦，成績優異，擺在他前麵的是一個光明的未來。不料在博士課程即將完成之際，惡魔卻向他悄然撲來。1928年的一天。他同往常一樣來到了細菌學係實驗室。他先給籠子裏的豚鼠注射了甲型腦炎病毒，然後取出它們的腦子進一步觀察。“砰”的一聲，正當高士其聚精會神工作的時候，他手中裝滿甲型腦炎病毒的試營爆裂了，毒液濺到他手上身上。同事們都驚慌地叫喊起來，高士其沉著迅速地處理幹淨妥當，便又去專心致誌地繼續試驗。萬萬沒有想到，從此留下了危害他終身的禍根。半個多月後，他就開始有所感覺，先是左耳嗡嗡聽不清聲音，接著脖子僵硬轉動困難。最糟糕的是一向麻利敏捷的雙手開始不時地顫抖。這是怎麼啦？高士其畢竟是正在攻讀醫學博士學位的高材生，他懷疑自己得了甲型腦炎。經醫生診斷，他的確是患了甲型腦炎，並有了後遺症。他的猜測得到了可怕的證實，患病的原因，就是那次破裂試管中的病毒，順著他正患炎症的左耳膜侵入小腦，從而破壞了小腦的運動中樞。