陶哲轩的父亲陶象国和母亲均毕业于香港大学，全家在1972年移民澳大利亚。陶哲轩在幼年时期便展现出数学天分。陶哲轩在7岁进入高中就读，9岁进入大学，10岁、11岁、12岁参加国际数学奥林匹克竞赛，分获铜牌、银牌、金牌。他还未13岁时已赢得国际数学奥林匹克竞赛金牌，这项纪录至今也是由他保持。他在16岁获得学士学位，17岁获得硕士学位，21岁获得普林斯顿大学博士学位，其博士指导教授是埃利亚斯·施泰因（Elias M. Stein）。他从24岁起在加利福尼亚大学洛杉矶分校担任教授。陶哲轩除了使用英语，还会说粤语，但不会书写中文。
