Era figlio di Edward Hitchcock Sr., un noto geologo, presidente dell'Amherst College e di sua moglie Orra White. Da ragazzo studiò al Williston Seminary e continuò la sua formazione, sulle orme paterne, entrando all'Amherst College nell'autunno del 1845. Hitchcock Jr. completò i suoi studi nell'Amherst college nel 1849. Dal 1850 al 1861, con l'eccezione di un singolo anno (1852–53), fu insegnante di "élocutio" e scienze naturali al Williston Seminary. Nel 1853 ottenne la laurea in medicina alla Harvard Medical School. 