Владимир Михайлович Бехтерев родился 20 января (1 февраля) 1857 года в семье мелкого государственного служащего в селе Сорали Елабужского уезда Вятской губернии. В 1865 году его отец Михаил Павлович, дослужившийся до скромного чина коллежского секретаря, умер от туберкулёза. Семья к тому времени жила в Вятке. Все заботы о ней легли на плечи матери, Марии Михайловны, в девичестве Назарьевой.

В августе 1867 года мальчик начал занятия в Вятской гимназии, одной из старейших в России. После окончания семи классов гимназии в 1873 году юноша успешно сдал экзамены в Медико-хирургическую академию. Он был зачислен в студенты первого курса медицинского отделения. 6 декабря 1876 года студент четвёртого курса Медико-хирургической академии Владимир Бехтерев с группой товарищей принимал участие в совместной демонстрации рабочих и студентов, на которой выдвигались политические требования.

Активно участвуя в общественной жизни, Бехтерев в то же время не забывал, что главным для него является накопление знаний. Учился он успешно и уже на четвёртом курсе определил свою будущую профессию. Он решил посвятить себя невропатологии и психиатрии, которые в академии тогда рассматривались как единая клиническая дисциплина.

12 апреля 1877 года Россия вновь вступила в войну. Это была русско-турецкая война, которая велась на Балканах и в Закавказье. Профессор академии С. П. Боткин призвал принять участие в летней военной кампании 1877 года и студентов академии. Владимир Бехтерев, только что досрочно окончивший четвёртый курс, вступил тогда в санитарный отряд, организованный на деньги состоятельных студентов — братьев Рыжовых.

С фронта Бехтерев вернулся больным «болгарской лихорадкой» и был госпитализирован в клинику, где находился на лечении около двух месяцев.

Курс обучения в Медико-хирургической академии быстро подходил к концу. Хотя война с турками и завершилась заключённым 19 февраля (3 марта) 1878 года Сан-Стефанским мирным договором, международная обстановка оставалась напряжённой. Русской армии остро требовались врачи, и выпускные экзамены в академии в 1878 году провели досрочно, с 1 по 20 апреля Бехтерев оказался в числе трёх выпускников, у которых за весь курс обучения в академии было более двух третей отличных оценок. В связи с этим он получил денежную премию в 300 рублей и, главное, право держать экзамен в существовавший при академии Институт усовершенствования врачей, или, как его часто называли, «профессорский» институт, готовивший научно-педагогические кадры.

Экзамен в Институт усовершенствования врачей Бехтерев сдал успешно, получив высший балл, однако, как и его товарищи, удостоенные этого права, зачислен в него не был. Ввиду напряжённой внешнеполитической обстановки все они вошли во временно организованный запас армейских врачей при Клиническом военном госпитале — базовом лечебном учреждении академии. В результате Бехтерев оказался врачом-стажёром при возглавляемой И. П. Мержеевским клинике душевных и нервных болезней. В клинике Бехтерев работал увлечённо. Он много читал и, помимо лечебной деятельности, большое внимание уделял экспериментальным исследованиям.

В 1879 году Бехтерев был принят в действительные члены Петербургского общества психиатров. В сентябре того же года Владимир Михайлович женился на девятнадцатилетней Наталье Петровне Базилевской, обучавшейся на женских педагогических курсах. В Петербург она приехала в 1877 году из Вятки, где её семья квартировала в доме Бехтеревых. Таким образом, и Наташу, и её родителей Владимир хорошо знал ещё в свои гимназические годы. Бехтеревы сняли квартиру неподалёку от Медико-хирургической академии. Наташа оказалась хорошей хозяйкой и сумела создать хорошие условия для работы мужа. Теперь молодой учёный вечерами не всегда засиживался в клинике. В первые месяцы семейной жизни вечера он обычно проводил дома. В этот период в 1880 году, он написал давно задуманную серию «бытовых и этнографических очерков», опубликованных под названием «Вотяки, их история и современное состояние» в двух номерах крупного петербургского журнала «Вестник Европы».

Этнографические очерки В. М. Бехтерева получили значительный резонанс в широких кругах русской демократической общественности. Впервые многие узнали из них неприглядные подробности дикости быта одной из многочисленных малых народностей, населявших Российскую империю. Врач Бехтерев становился известен и как публицист, умеющий вскрывать злободневные для страны социальные проблемы.

4 апреля 1881 года Бехтерев успешно защитил диссертацию на степень доктора медицины. Проведённые исследования укрепляли позиции сторонников существования материальной основы психических заболеваний и системы в жизнедеятельности всего организма. Вскоре после защиты диссертации «Опыт клинического исследования температуры при некоторых формах душевных заболеваний» она была издана в виде монографии на русском и немецком языках.

Бехтереву присвоили учёное звание приват-доцента, после чего допустили к чтению лекций по диагностике нервных болезней студентам пятого курса. В марте 1884 года его зачислили в клинику душевных болезней на штатную врачебную должность.

В мае 1884 года научный руководитель Бехтерева профессор И. П. Мержеевский предложил Конференции Военно-медицинской академии направить Бехтерева для дальнейшего совершенствования научных знаний в страны Западной Европы. Список печатных работ молодого учёного к тому времени состоял из пятидесяти восьми названий.

Особый интерес представляла серия клинических исследований периферических и центральных органов равновесия, материалы которых были отражены в целом ряде статей и в обобщающей работе «Теория образования наших представлений о пространстве».

Важными были экспериментальные работы учёного, позволяющие уточнить функцию расположенных в глубине головного мозга так называемых бугров. Раздражая у экспериментальных животных эти структуры мозга, учёный впервые установил, что они «служат по преимуществу для обнаружения тех движений, при посредстве которых выражается эмоциональная сторона душевной жизни».

За статью «О вынужденных и насильственных движениях при разрушении некоторых частей центральной нервной системы», написанную в 1883 году, значительно пополнявшую сведения о роли отдельных структур мозга и обеспечении двигательных функций, Бехтерев был удостоен серебряной медали Общества русских врачей. В том же году его избрали в члены Итальянского общества психиатров, что свидетельствовало о признании заслуг молодого учёного и за пределами России.

За рубеж Бехтерев выехал в июне 1884 года. Сначала он побывал в Германии, а затем переехал в Париж, где ему прежде всего хотелось поработать с Ж. Шарко — основателем первого в мире отделения для неврологических больных, открытого при больнице медицинского факультета университета в парижском предместье Сальпетриере.

В декабре 1884 года Бехтерев, находясь в Лейпциге, получил официальное приглашение занять кафедру в Казани. Он принял предложение и сократил сроки командировки, так как к сентябрю 1885 года ему необходимо было вернуться на родину.

Кафедру психиатрии в Казани Владимиру Михайловичу пришлось организовывать заново. Возглавив кафедру и лабораторию, Бехтерев получил возможность сосредоточить все силы на осуществлении давно задуманного плана, как можно лучше изучить нервную систему и связанные с ней физиологические, психологические и клинические проблемы. Настало время планомерного познания сущности нервной и психической деятельности человека в условиях нормы и патологии. Первым этапом этого познания было изучение строения мозга.

Бехтерев писал тогда, что без знаний морфологии мозга «…нельзя обойтись ни одному невропатологу и всякому вообще врачу, претендующему на правильное понимание нервных заболеваний». Особое внимание он уделял изучению проводящих путей мозга, пользуясь при этом многими методами исследования нервной ткани, в частности, эмбриональным методом, или методом развития.