Hamburg bietet neben seinen allgemeinbildenden und beruflichen Schulen spezielle Sonderschulen wie z. B. die Sprachheilschulen, sowie viele Hochschulen.
Zu diesen zählen die Universität Hamburg, die Technische Universität Hamburg-Harburg, die HFH Hamburger Fern-Hochschule, die Hochschule für bildende Künste, die Hochschule für Angewandte Wissenschaften, die 2006 neu gegründete HafenCity Universität (HCU - Universität für Baukunst und Raumentwicklung), die Helmut-Schmidt-Universität der Bundeswehr, die erste deutsche Privathochschule für Rechtswissenschaft Bucerius Law School, die Hamburg School of Business Administration (HSBA), die Max-Planck-Institute für Meteorologie und für ausländisches und internationales Privatrecht und weitere Forschungseinrichtungen wie das Deutsche Elektronen-Synchrotron (DESY).
Im Norden Hamburgs wird ein 30 km langer Tunnel projektiert, um den weltweit ersten Linearbeschleuniger namens TESLA aufzunehmen. Er ist auf modernste Supraleiter-Technik ausgelegt und neben dem Protonen-LHC beim Genfer CERN der nächste große Schritt in der Teilchenphysik.
Hamburg hat zwei Schulen, an denen zukünftige Musicaldarsteller ausgebildet werden. Diese sind die Stage School of Music, Dance and Drama und die zur Stage Entertainment gehörende Joop van Ende Academy.