Debrecen közoktatási intézményrendszerében mintegy félszáz óvoda, csaknem negyven általános iskola és közel harminc középiskola működik. Jelentősebb részük fenntartója a város önkormányzata, emellett vannak egyházi fenntartású és alapítványok által működtetett intézmények is.
Valamennyi óvoda saját nevelési programmal, egyéni arculattal rendelkezik. Közülük négy intézmény látja el a sajátos nevelési igényű gyermekek óvodai nevelését is. Egy óvodában a beilleszkedési, tanulási, magatartási nehézséggel küzdő gyermekek rehabilitációs célú foglalkoztatása történik.
Bőséges az általános iskolák választéka is. Így a szülők beirathatják gyermeküket elsősorban természettudományos műveltséget, informatikai ismereteket nyújtó, alapfokú művészeti ismereteket, a testnevelést, az idegen nyelveket magas óraszámban oktató iskolákba. A gyermekek sportfoglalkozásokon, képzőművészeti szakkörökben, színjátszó-csoportokban is kiteljesíthetik tehetségüket, képességeiket.
Debrecen város magas színvonalon gondoskodik a sajátos nevelési igényű gyermekekről is. Két gyógypedagógiai módszertani intézményben történik az értelmi és érzékszervi fogyatékos gyermekek fejlesztése. Három általános iskolának van diákotthona is.
A középiskolák sorában gyakorló, két tannyelvű, a reál, illetve a humán tantárgyakat nagyobb óraszámban oktató gimnázium is található. Egyházi középiskolák is működnek a városban (a katolikus és a református egyház gimnáziumai). Emellett építészeti, gépészeti, elektronikai, informatikai, zeneművészeti, közgazdasági, vegyipari, egészségügyi, kézművesipari, élelmiszer-és vendéglátóipari ismereteket is szerezhetnek az arra szakosodott középiskolákban tanulók.
Debrecenben nagy hagyománya van a felsőoktatásnak. A Kossuth Lajos Tudományegyetem 2000-ben egyesült a Debreceni Orvostudományi Egyetemmel, a Debreceni Agrártudományi Egyetemmel, a hajdúböszörményi Wargha István Pedagógiai Főiskolával, az Ybl Miklós Műszaki Főiskolával és a Liszt Ferenc Zeneművészeti Főiskolával – így jött létre a Debreceni Egyetem. A debreceni felsőoktatás kiemelkedő intézményei a Debreceni Református Hittudományi Egyetem (DRHE) és a Kölcsey Ferenc Református Tanítóképző Főiskola, melyek 2011. szeptember elseje óta integráltan, továbbra is a Református Egyház fenntartásában, Debreceni Református Hittudományi Egyetem neve alatt folytatják tovább hitéleti és nem hitéleti szakos képzéseiket.