Hitzig iniziò a studiare legge, ma presto si rivolse alla facoltà di medicina. Studiò a Berlino e Würzburg con Emil Du Bois-Reymond, Rudolf Virchow, Moritz Heinrich Romberg e Carl Friedrich Otto Westphal. Nel 1862 conseguì il dottorato in giurisprudenza. Lavorò come medico a Berlino, inizialmente come elettroterapista. Nel 1872 conseguì l'abilitazione a Berlino per la medicina interna e la psichiatria.