Po ukończeniu katolickiej szkoły powszechnej u Sióstr Bożej Opatrzności uczył się w gimnazjum świeckim. Od dzieciństwa wykazywał zamiłowanie do języków, zwłaszcza łaciny, oraz antyku i muzyki. Był ministrantem w kościele Chiesa Nuova, a jego ulubioną zabawą było odprawianie udawanych mszy. W 1894 r. uzyskał maturę w Liceum Visconti i wstąpił do seminarium duchownego. W Collegium Capranica studiował filozofię oraz matematykę i grekę. W 1895 r. przeniósł się do rzymskiego Seminarium św. Apolinarego, a na Uniwersytecie Rzymskim uczęszczał na wykłady z literatury i historii. Od 1899 r. kontynuował studia prawnicze na Gregorianum. Święcenia kapłańskie otrzymał 2 kwietnia 1899. W 1902 r. uzyskał stopień doktora obojga praw. Odbył praktykę w Sekretariacie Stanu, a od 1903 r. był minutantem. W 1905 r. został prałatem domowym i rozpoczął współpracę z Pietrem Gasparrim – późniejszym sekretarzem stanu. W 1911 r. objął stanowisko podsekretarza, w 1912 r. prosekretarza, a w 1914 r. sekretarza Kongregacji ds. Kościoła. Pacelli negocjował konkordat z Serbią, podpisany bezpośrednio przed I wojną światową.