宋應(yīng)星幼時與兄應(yīng)升同在叔祖宋和慶開辦的家塾中就讀。宋應(yīng)星在家鄉(xiāng)散文私塾中開始認族叔宋國祚做老師，在這之后在新建舉人鄧良知門下做學(xué)生。 宋應(yīng)星自幼聰明強記，“數(shù)歲能韻語”(作詩)，有過目不忘之才，很得老師及長輩喜愛。稍長，考入奉新縣縣學(xué)為庠生，熟讀經(jīng)史及諸子百家，他在程頤-程灝、周敦頤、朱熹及張載這宋代四大家中，獨推張載的關(guān)學(xué)，從中接受了唯物主義自然觀。他對天文學(xué)、聲學(xué)、農(nóng)學(xué)及工藝制造之學(xué)有很大興趣，曾熟讀過李時珍的《本草綱目》(1596年出版)等書。此外，還喜歡音樂、作詩。他常與同窗好友赴本縣風(fēng)景名勝處郊游，相互催詩，相互激勵，縱談天下事。萬歷四十三年(1615年)宋應(yīng)星與兄應(yīng)升赴省城南昌參加乙卯科鄉(xiāng)試。在一萬多名考生中，29歲的宋應(yīng)星考取全省第三名舉人，其兄名列第六。奉新諸生中只有他們兄弟中舉，故稱“奉新二宋”。鄉(xiāng)試的成功使宋氏弟兄受到鼓舞，當年秋他們便前往京師(今北京)應(yīng)次年丙辰科會試，但卻名落孫山。他們決定下次再試，為了作好應(yīng)試準備，宋應(yīng)升、宋應(yīng)星等人前往江西九江府古老的白鹿洞書院進修，當時任洞主的是有名學(xué)者舒曰敬。

萬歷四十七年(1619年)是神宗在位時最后一次會試之年，宋應(yīng)星弟兄與江西其他考生齊會京師，但二兄弟仍未及第。此后，他們于天啟及崇禎初年再試，均告失敗，從此遂絕科舉之念。崇禎四年(1631年)宋應(yīng)升由吏部銓選任浙江桐鄉(xiāng)縣令，宋應(yīng)星回鄉(xiāng)服待老母。崇禎八年(1635)宋應(yīng)星任江西省袁州府分宜縣學(xué)教諭。教授生員，是未入流的教職人員。該年其兄宋應(yīng)升調(diào)任廣東肇慶府恩平縣令，因有政績，被誥封為文林郎。宋應(yīng)星在分宜縣任教4年，這是他一生中的重要階段，因為所有主要著作都發(fā)表于此期間。