Константин Павлович Поленов родился в Кинешемском уезде Костромской губернии в усадьбе Павловское 25 июля (6 августа) 1835 года в семье губернского секретаря Павла Петровича Поленова. До 10 лет Константин жил в имении и получил домашнее образование. В 1845 году он поступил в Костромскую гимназию. После окончания гимназии поступил в Московский университет на физико-математический факультет. На обучение деньги он зарабатывал уроками. После получения места домашнего учителя в семье Быковского он все четыре года университетской жизни прожил в этом доме и в дальнейшем женился на своей бывшей ученице Марии Александровне Быковской.
Во время обучения в университете он заинтересовался астрономией. Лучшей в Европе в то время была Пулковская обсерватория, но заниматься в ней могли лишь воспитанники Николаевской академии Генерального штаба. В академию принимали лишь офицеров, прослуживших два года. После прошения на Высочайшее имя Константин Павлович был произведен в прапорщики, и ему было разрешено поступить в академию, не служа предварительно в полку.
