Родился в богатой дворянской семье Московской губернии. В доме отца, ветерана войны 1812-го года, постоянно бывали молодые профессора Московского университета — Надеждин, Погодин, Максимович, Морошкин и другие, дававшие уроки его сестре, известной впоследствии писательнице Евгении Тур (графиня Сальяс-де-Турнемир). В 1840-х годах Сухово-Кобылин учился в Московском университете на физико-математическом отделении (окончил в 1838) и пристрастился к философии, которую изучал в Гейдельберге и Берлине.