Doyle wurde als drittes von zehn Geschwistern am 22. Mai 1859 in Edinburgh, Schottland geboren. Sein Vater, Charles Altamont Doyle, geboren in England von irischer Abstammung, seine Mutter Mary Foley geboren, war irisch. Sie heirateten im Jahre 1855.

Obwohl er jetzt als "Conan Doyle" bezeichnet wird, ist der Ursprung dieses zusammengesetzte Familiennamens (wenn das ist, wie er meinte, es zu verstehen) ungewiss. Seine Taufe-Eintrag in der Registrierung der St. Mary's Cathedral in Edinburgh bietet 'Arthur Ignatius Conan' als seine christlichen Namen und einfach "Doyle" als seinen Nachnamen. Es nennt auch Michael Conan als sein Taufpate.

Im Alter von neun Conan Doyle wurde nach römisch-katholischer Jesuit Vorbereitungsschule, Hodder Ort Stonyhurst geschickt. Er ging dann am Stonyhurst College, 1875 verlassen.

Von 1876 bis 1881 studierte er Medizin an der Universität Edinburgh. Dies ist erforderlich, dass er regelmäßige medizinische Betreuung in den Städten von Aston (jetzt ein Bezirk von Birmingham) und Sheffield bieten. Während des Studiums begann Conan Doyle, Kurzgeschichten zu schreiben. Seine erste veröffentlichte Geschichte erschien in "Chambers's Edinburgh Journal", bevor er 20 war. Nach seinem Abschluss war er als Schiffsarzt auf der SS-Mayumba während der Fahrt an der westafrikanischen Küste beschäftigt. Er promovierte über das Thema der Tabes Dorsalis 1885.