芝加哥教育、文化、科学技术、新闻和娱乐事业发达，是美国中部的高等教育中心。芝加哥共有680所公立学校，394所私立学校，83所学院和88所图书馆。其中有559所初中和高中（其中有147所私立初中、29所教会高中）、19所四年制学院和大学、7所两年制学院，大专院校学科齐全，从基础的职业训练到高等的科学、商贸、技术、文化和专业预科，应有尽有。其中，芝加哥大学、伊利诺伊大学、西北大学和伊利诺伊理工学院最负盛名。创建于1891年的芝加哥大学是美国著名学府之一，许多诺贝尔奖金获得者（例如物理学家费米和李政道）都曾在这里深造。此外还有天主教会创办的两所大学。

芝加哥大学被誉为“诺贝尔奖”获得者的摇篮，曾先后培育出诺贝尔奖获得者30多人。西郊的阿岗国家研究院、贝尔实验室、费米实验室的科研成就在全美以至世界都令人瞩目，有相当数目的华裔学者、工程技术人员在这些科研院室任职。

芝加哥还有伊利诺伊大学等著名学府。其他重要文化设施有艺术学院、艺术博物馆、科学和工业博物馆、谢德水族馆、阿德勒天文馆、历史协会等。耸立在城中心的古老水塔是芝加哥城1871年大火后幸存的历史文物。