Figlio di José Justiniano das Chagas, un mineiro, produttore di caffè, e di Mariana Cândida Chagas, rimase orfano di padre a soli 4 anni. A 16 anni si iscrisse alla Facoltà di Medicina di Rio de Janeiro e si laureò nel 1903 con una tesi dal titolo "Studio ematologico della malaria" ("Estudo Hematológico do Paludismo"). In tale occasione conobbe il grande igienista brasiliano Oswaldo Cruz, fondatore dell'omonimo istituto carioca.