W większych miastach Persji funkcjonowały w tym okresie kościoły i klasztory, przy których zakładano chrześcijańskie szkoły. Uczono w nich między innymi podstaw teologii i filozofii. W jednej z takich szkół Filoksenos odebrał zapewne podstawowe wykształcenie. Aby kontynuować naukę, opuścił Persję i rozpoczął studia w Edessie, leżącej po rzymskiej stronie ówczesnej granicy. Według hagiografów rodzina Filoksenosa uciekła z ojczystego kraju w czasie prześladowań chrześcijan, zainicjowanych przez duchowieństwo zaratusztriańskie. Badania historyków nie potwierdzają jednak, aby w tym okresie miały miejsce ataki na chrześcijan w Persji.
Placówka w Edessie, gdzie studiował Filoksenos, uważana jest za jedną z najlepszych – jeżeli nie najlepszą – szkół filozoficznych Cesarstwa V wieku. Jej prestiż opierał się na pluralizmie. Nauczali w niej równocześnie przedstawiciele neoplatonizmu i arystotelizmu. Teologię wykładał między innymi Ibas z Edessy, uczeń Teodor z Mopsuestii (który był również nauczycielem Nestoriusza), a z drugiej strony Rabbula, uczeń Cyryla z Aleksandrii. W Edessie Filoksenos zapoznał się z wszystkimi ważniejszymi poglądami naukowymi swoich czasów. Został zwolennikiem filozofii i teologii Cyryla z Aleksandrii. Przestudiował ją dokładnie dzięki syryjskim przekładom dzieł Cyryla autorstwa Rabbuli.