Ia memulai karier pendidikan tingginya sebagai mahasiswa sarjana di Fakultas Tarbiyah IAIN Syarif Hidayatullah Jakarta pada tahun 1982, kemudian atas bantuan beasiswa Fulbright, ia mendapakan gelar Master of Art (MA) pada Departemen Bahasa dan Budaya Timur Tengah, Universitas Columbia tahun 1988.
Ia memenangkan beasiswa Columbia President Fellowship dari kampus yang sama, tetapi kali ini Azyumardi pindah ke Departemen Sejarah, dan memperoleh gelar MA pada 1989.
Pada 1992, ia memperoleh gelar Master of Philosophy (MPhil) dari Departemen Sejarah, Universitas Columbia tahun 1990, dan Doctor of Philosophy dengan disertasi berjudul The Transmission of Islamic Reformism to Indonesia: Network of Middle Eastern and Malay-Indonesian ‘Ulama in the Seventeenth and Eighteenth Centuries.[8] Tahun 2004 disertasi yang sudah direvisi diterbitkan secara simultan di Canberra (Allen Unwin dan AAAS), Honolulu (Hawaii University Press), dan Leiden, Negeri Belanda (KITLV Press).
Kembali ke Jakarta, pada 1993 Azyumardi mendirikan sekaligus menjadi pemimpin redaksi Studia Islamika, sebuah jurnal Indonesia untuk studi Islam.Pada tahun 1994–1995 dia mengunjungi Southeast Asian Studies pada Oxford Centre for Islamic Studies, Universitas Oxford, Inggris, sambil mengajar sebagai dosen pada St. Anthony College.
Azyumardi pernah pula menjadi profesor tamu pada Universitas Filipina dan Universitas Malaya, Malaysia keduanya pada tahun 1997. Selain itu, dia adalah anggota dari Selection Committee of Southeast Asian Regional Exchange Program (SEASREP) yang diorganisir oleh Toyota Foundation dan Japan Center, Tokyo, Jepang antara tahun 1997–1999.
