Thomas Jefferson schrieb sich am 25. März 1760 im Alter von 16 Jahren in William & Mary ein. Seine frühe Ausbildung erhielt er von Tutoren zu Hause und später als Internatsschüler in Schulen, die von anglikanischen Geistlichen unterrichtet wurden. Als er nach Williamsburg kam, beherrschte der junge Gelehrte die Klassiker und war in der Lage, griechische und lateinische Autoren im Original zu lesen, eine Praxis, die er sein Leben lang beibehielt.
Neben der Philosophenschule – dem Studiengang, für den sich Jefferson einschrieb – umfasste William & Mary ein Gymnasium für Jungen im Alter von 12 bis 15 Jahren, die Divinity School, in der junge Männer, die ihre Studien an der Philosophenschule abgeschlossen hatten, auf die Ordination in der Kirche von England vorbereitet wurden, und die Indianerschule, die für die Erziehung und Christianisierung indianischer Jungen gegründet wurde.
Jefferson wohnte bei William & Mary in dem Gebäude, das heute als Sir Christopher Wren Building bekannt ist, und nahm an den gemeinsamen Mahlzeiten in der Großen Halle sowie an den Morgen- und Abendgebeten in der Kapelle teil. Er wurde in Naturphilosophie (Physik, Metaphysik und Mathematik) und Moralphilosophie (Rhetorik, Logik und Ethik) unterrichtet. Er war ein eifriger und fleißiger Student, der in allen Bereichen eine große Wissbegierde an den Tag legte und der Familientradition zufolge oft 15 Stunden am Tag studierte. Sein engster Freund am College, John Page of Rosewell, berichtete, dass Jefferson „sich von seinen liebsten Freunden losreißen konnte, um zu seinen Studien zu fliegen.“
Auf der William & Mary wurde Jefferson von William Small unterrichtet. Der Schotte, der am Marischal College in Aberdeen studiert hatte, war 1758 zum Professor für Naturphilosophie ernannt worden. Bald nach Jeffersons Ankunft übernahm Small auch den Lehrstuhl für Moralphilosophie, als dieser durch den Weggang von Jacob Rowe frei geworden war. Small führte Jefferson in die Schriften von Locke, Bacon und Newton ein und weckte in dem enthusiastischen jungen Studenten das Interesse an der Wissenschaft.
Es war eine turbulente Zeit in der Geschichte der W&M, eine Zeit, die von politischen Unruhen, abnehmender Disziplin und Spannungen zwischen der Fakultät und dem Besucherrat geprägt war. Dennoch blühte Jefferson unter der Obhut von Small auf. Später schrieb er: „Es war mein großes Glück, und was wahrscheinlich die Geschicke meines Lebens bestimmte, dass Dr. William Small aus Schottland damals Professor für Mathematik war, ein Mann, der in den meisten nützlichen Zweigen der Wissenschaft tiefgründig war, mit einem glücklichen Kommunikationstalent, korrekten und freundlichen Manieren und einem erweiterten und liberalen Geist.“
Jeffersons Studium an der W&M dauerte zwei Jahre, dann studierte er die nächsten fünf Jahre Jura bei George Wythe, dem angesehenen Juristen, der 1779 der erste Professor für Jura an der W&Mary werden sollte. Jefferson bezeichnete Wythe als „meinen frühesten und besten Freund“ und fügte hinzu, dass „ich ihm erste Eindrücke verdanke, die den heilsamsten Einfluss auf den Verlauf meines Lebens hatten.“ Durch Wythe und Small lernte Jefferson den Gouverneur Francis Fauquier kennen, mit dem er häufig im Gouverneurspalast zu Abend aß. Jefferson, der sagte, dass Musik „die Lieblingsleidenschaft meiner Seele“ sei, wurde auch eingeladen, an den Palastmusiken teilzunehmen und Geige oder Cello zu spielen.
Dumas Malone, Jeffersons Biograph aus dem 20. Jahrhundert, schrieb, dass die Geschichte von Jeffersons Studienzeit in Williamsburg „die Geschichte der… ersten Blüte eines außergewöhnlichen Geistes ist.“ Als Student an der William & Mary hatte der junge Jefferson einen idealen Ausgangspunkt, um die Führer der Kolonie zu beobachten und von ihnen unterrichtet zu werden, während er sich darauf vorbereitete, seinen Platz unter ihnen einzunehmen.