Patricia Bath, iscritta alla Charles Evans Hughes High School di New York, lavorò come redattrice del giornale scientifico della scuola. Nel 1959, ispirata dal lavoro di Albert Schweitzer, fu scelta tra studenti provenienti da tutto il Paese per un programma estivo, un seminario di ricerca sul cancro, presso la Yeshiva University sponsorizzato dalla National Science Foundation. Durante il programma, condotto da Rabbi Moshes D. Tendler, la Bath studiò gli effetti dei residui di streptomicina sui batteri. Al termine del progetto poté concludere che il cancro stesso fosse una malattia catabolica e che la crescita del tumore fosse un sintomo; scoprì inoltre un'equazione matematica funzionale alla previsione della crescita delle cellule tumorali. Il dottor Robert Bernard, responsabile del programma, rimase così colpito dalle scoperte della Bath durante il progetto da inserirle in un documento scientifico che presentò durante il "Quinto Congresso Internazionale di Nutrizione" nell'autunno del 1960. La pubblicità che seguì alle sue scoperte le valse il Merit Award della rivista "Mademoiselle" nel 1960. Quattro anni dopo ricevette il Bachelor of Arts in chimica presso l'Hunter College di Manhattan. Diplomata al liceo in soli due anni, conseguì una laurea in chimica e fisica nel 1964 presso l'Hunter College nell'Upper East Side di Manhattan, alla quale seguì una laurea con lode in Medicina presso l'Howard University (1968) e uno stage all'Harlem Hospital. L'anno successivo ottenne una borsa di studio in oftamologia presso la Columbia University. Alla fine degli anni Sessanta, durante il suo periodo di specializzazione alla Columbia University e all'Harlem Hospital, la Bath si accorse che i pazienti di colore erano molto più inclini alla cecità rispetto ai pazienti bianchi. Decise dunque di condurre uno studio epidemiologico, al termine del quale concluse che la disparità era dovuta alla mancanza di accesso alle cure oftalmiche. Tali risultati la portarono a proporre in seguito una nuova disciplina, oggi operativa in tutto il mondo: l'oftalmologia comunitaria. Mostrando i risultati della ricerca ai suoi docenti li convinse a praticare interventi oftalmologici chirurgici gratuiti all'Harlem Hospital, offrendosi come assistente chirurgo e assistendo al primo intervento agli occhi effettuato nell'ospedale. Completò la specializzazione in oftalmologia e trapianto della cornea alla Columbia nel 1970 e nel 1973 terminò la sua formazione alla New York University, dove fu la prima afroamericana a specializzarsi in materia.