Ukończył szkołę średnią w Mińsku Litewskim. Studiował medycynę i nauki przyrodnicze na Uniwersytecie w Dorpacie od 1853 do 1857 i na Uniwersytecie we Wrocławiu od 1857 do 1858. W latach 1858–1860 odbył studia paleontologiczne, botaniczne i medyczne w Berlinie. Członek korporacji akademickiej Konwent Polonia. W 1860 w Berlinie na podstawie pracy nad determinacją płci u pszczół (Commentationis de parthenogenesi specimen)https://epub.ub.uni-muenchen.de/11502/1/8Med.7013_4_5.pdf. uzyskał tytuł doktora. W czasie studiów berlińskich zapoznał się z dziełem Karola Darwina O powstaniu gatunków, które ukazało się w tym czasie. W Berlinie wydał pracę o odkrytym przez siebie gatunku zadychry (Branchipus grubii). W 1861 wrócił do Dorpatu i przedstawił uniwersytetowi pracę o rybach karpiowatych Inflant. Praca ta zyskała mu opinię znakomitego badacza.
Działalność konspiracyjna Wypadki polityczne wciągnęły Dybowskiego do konspiracyjnej pracy patriotycznej. Za udział w manifestacji w katedrze wileńskiej został aresztowany i przez pewien czas więziony. Mniej więcej w tym czasie Uniwersytet Jagielloński zaproponował Dybowskiemu katedrę zoologii, rząd austriacki jednak z powodów politycznych nie zatwierdził tego wyboru.