او به تحصیل دانش علاقه زیادی داشت و از دوران جوانی در علوم ریاضی و نجوم و حکمت سرآمد شد و از دانشمندان معروف زمان خود گردید.
طوسی یکی از سرشناسترین و با نفوذترین چهرههای تاریخ اسلام است. علوم دینی و علوم عملی را زیر نظر پدرش و منطق و حکمت را نزد خالویش، بابا افضل ایوبی کاشانی آموخت. تحصیلاتش را در نیشابور به اتمام رساند و در آنجا به عنوان دانشمندی برجسته شهرت یافت.
خواجه نصيرالدين طوسي ستاره درخشاني بود كه در افق تاريك مغول درخشيد و در هر شهري پا گذارد آنجا را به نور حكمت و دانش و اخلاق روشن ساخته و در آن دوره تاريك و در آن عصري كه شمشير تاتار و مغول خاندانهاي كوچك و يا بزرگ را از هم پاشيده و جهاني از حملات مغولها به وحشت فرو رفته و همه در گوشه و كنار منزوي و يا فراري مي شدند و بازار كسادي دانش و جوانمردي و مروت مي بود و فس*اد حكمفرما. وجود و بروز چنين دانشمندي مايه اعجاب و اعجاز است.
وی سنت فلسفه مشایی را که پس از ابن سینا در ایران رو به افول گذاشته بود، بار دیگر احیا کرد. وی مجموعه آرا و دیدگاههای کلامی شیعه را در کتاب تجرید الاعتقاد گرد آورد.