Embora Riemann não tenha sido um aluno extraordinário, o seu talento fazia-se notar, pelo que o director da escola lhe deu acesso à sua biblioteca particular. Esta acessibilidade e a curta distância do Liceu a casa, permitia-lhe dividir todo o seu tempo livre entre a família e o estudo independente da matemática. Nesta altura, estudou a Teoria dos Números por Legendre e Análise por Euler.
Em 1846, aos 19 anos, entrou para a Universidade de Göttingen para estudar filologia e teologia, mas assistia também a aulas sobre matemática e física matemática. Apesar de ser extremamente devoto, a teologia não era o futuro que desejava, e passado algum tempo obteve autorização do pai para se transferir para o curso de matemática.
Após um ano, durante o qual teve aulas com Gauss, transferiu-se para a Universidade de Berlim. Durante dois anos teve aulas e foi influenciado por Jacobi, Dirichlet , Steiner e Eisenstein . Em 1849, regressou para Göttingen como estudante de Doutoramento.
Enquanto doutorando, além de matemática, estudou também física teórica com Weber e Listing . Em 1851, termina o Doutoramento e a sua tese, supervisionada por Gauss, repleta de ideias originais. Tendo como objectivo estudar funções analíticas, introduziu, em particular, o que hoje se chama superfície de Riemann.
Em seguida, com uma recomendação de Gauss, conseguiu um lugar para um pós-doutoramento em Göttingen. Durante dois anos e meio desenvolveu trabalho em física e matemática, publicando um artigo sobre séries de Fourier onde introduziu o integral de Riemann.
Em 1854 deu uma palestra sobre os fundamentos da geometria, na qual apresentou um trabalho absolutamente revolucionário na área. O seu trabalho não só conseguiu arrancar raríssimos elogios a Gauss, como fundou a actual Geometria Riemanniana, que é a base para a Teoria da Relatividade.