Até completar 10 anos, Alexander estudou na Loudoun Moor School, quando foi transferido para a Dravel School. Em seguida, Kilmarnock Academy. Por motivos de dificuldade financeira, abandonou a escola e começou a trabalhar em uma empresa de navegação. Em 1901, recebeu parte de uma herança, o que permitiu que retornasse aos estudos e decidiu estudar Medicina.
Em 1906, o rapaz se formou na escola de medicina do Hospital Saint-Mary, da Universidade de Londres. Os relatos alegam que Fleming foi o primeiro em todas as matérias durante todo o curso.