Imagen del profesor, en ingravidez, en un avión ad hoc, de NASA

Sus padres vivían en Londres, y fue en esa ciudad donde su padre se dedicó a la investigación médica. Durante la Segunda Guerra Mundial Londres era un lugar peligroso, y la madre de Stephen fue enviada a la ciudad de Oxford, donde él nació. La familia pronto regresó a Highgate, al norte de Londres, donde Stephen inició sus estudios.

En 1950 su padre se trasladó al Instituto de Investigación Médica de Mill Hill. Stephen asistió al Instituto para chicas de St Albans (que admitía chicos hasta la edad de 10 años) y a los 11 años cambió al Colegio homónimo. Su padre quería que se presentase a la convocatoria de beca para ir la Escuela Pública de Westminster, sin embargo Stephen estuvo enfermo durante el periodo de los exámenes.

En marzo de 1959 Hawking se presentó a las convocatorias de becas con el propósito de estudiar Ciencias Naturales en Oxford; consigue una beca, y se licencia en Física en 1962. Desde Oxford, Hawking se trasladó a Cambridge para iniciar la investigación en relatividad general y cosmología; unas áreas difíciles para alguien con poca base matemática. En aquel tiempo, Hawking había notado que se había vuelto más torpe y físicamente débil, y en la Navidad de 1962 su madre lo convenció para que viese a un médico.

A principios de 1963, pasó dos semanas haciéndose pruebas en el hospital, donde le diagnosticaron una enfermedad neuronal motora: la esclerosis lateral amiotrófica o enfermedad de Lou Gehrig. Su estado se deterioró rápidamente y los médicos le pronosticaron que no viviría lo suficiente para acabar su doctorado. Sin embargo, Hawking escribió:

Siguió su investigación porque encontró el estímulo de conocer a una chica con la que quería casarse y se dio cuenta que tenía que acabar su doctorado para conseguir un mejor trabajo.