Tokio ist Mittelpunkt des Bildungswesens in Japan. Die zahlreichen staatlichen und privaten Universitäten der Metropolregion machen ein Viertel aller Universitäten des Landes aus, an denen ungefähr ein Drittel aller Studenten Japans eingeschrieben sind.
Die Universität Tokio (Tōkyō daigaku, bekannt unter der Abkürzung Tōdai) ist die älteste und renommierteste staatliche Universität Japans. Sie besitzt fünf Campus – vier in den Tokioter Stadtbereichen Hongo, Komaba, Shirokane und Nakano, und einen in Kashiwa in der Präfektur Chiba – sowie zehn Fakultäten mit insgesamt circa 28.000 Studenten, von denen 2.100 Ausländer sind. Obwohl so gut wie jeder akademische Zweig an der Tōdai unterrichtet wird, ist sie vermutlich am meisten für ihre Jura- und Literatur-Fakultäten bekannt. Viele wichtige japanische Politiker sind Absolventen der Tōdai. Der Hauptcampus liegt auf dem ehemaligen Grundstück von Kaga Yashiki, einem Feudalherren der Edo-Zeit. Eine prominente Begrenzung des dortigen Universitätsgeländes, das Akamon (Rotes Tor), ist ein Überbleibsel aus dieser Zeit.
Die Keiō-Universität (Keiō gijuku daigaku) ist Japans älteste und eine der prestigeträchtigsten Einrichtungen für höhere Bildung. Sie wurde 1858 vom berühmten Erzieher und Autor Fukuzawa Yukichi als Privatschule für westliche Studien gegründet und richtete 1890 ihre erste Fakultät ein. Obwohl Keiō die erste fortschrittliche Schule in Japan war, verblasste ihre Bedeutung rasch neben der staatlich unterstützten Universität Tokio. Ein Grund dafür mag das getrübte Verhältnis von Fukuzawa Yukichi zu den Samurai gewesen sein, die die damalige Meiji-Regierung stützten. Keiō wetteifert in der Rangordnung noch immer mit der Waseda-Universität um Platz zwei. Ein berühmter ehemaliger Student der Keio ist Junichirō Koizumi, von 2001 bis 2006 Premierminister von Japan. Der Hauptcampus liegt im Tokioter Stadtteil Mita. Zusätzlich gibt es noch die Campus Hiyoshi, Shonan-Fujisawa und New York Keiō.
Die Waseda-Universität (Waseda daigaku) liegt im Norden des Stadtbezirks Shinjuku. Die Schule wurde von dem gelehrten Samurai Ōkuma Shigenobu im Jahre 1882 gegründet und 1902 zu einer vollwertigen Universität erklärt. Große Teile des Campus wurden während der Bombardierung Tokios im Zweiten Weltkrieg zerstört, doch die Universität wurde wieder aufgebaut und 1949 wiedereröffnet. Wasedas Literaturzweig ist besonders berühmt und zählt Haruki Murakami und Machi Tawara zu seinen Absolventen. Einige berühmte Politiker, zum Beispiel der ehemalige Premierminister Mori Yoshirō und die ehemalige Außenministerin Makiko Tanaka, sind ebenfalls ehemalige Waseda-Studenten. Die Universität war auch an der Entwicklung von WL-16, einem laufenden Roboter, beteiligt.
Weitere Universitäten sind die Hosei-Universität, die Rikkyo (St Paul's)-Universität, die Sophia Universität, die Tokyo National University of Fine Arts and Music, die Musashino Art University und die Landwirtschaftsuniversität Tokyo (Tōkyō nōgyō daigaku). Nahe dem Kaiserpalast befinden sich die staatliche Bibliothek des Unterhauses und das Staatsarchiv.