ทรงเข้ารับการศึกษาชั้นต้น ที่โรงเรียนมาแตร์เดอีวิทยาลัย และโรงเรียนเทพศิรินทร์ ต่อมาด้วยพระพลานามัยไม่สมบูรณ์ และภัยทางการเมือง สมเด็จพระศรีสวรินทิรา บรมราชเทวี พระพันวัสสาอัยยิกาเจ้า ทรงตัดสินพระทัย ให้พระวรวงศ์เธอ พระองค์เจ้ากัลยาณิวัฒนา พระวรวงศ์เธอ พระองค์เจ้าอานันทมหิดล พระวรวงศ์เธอ พระองค์เจ้าภูมิพลอดุลยเดช และหม่อมสังวาลย์ ฯเสด็จและเดินทางไป ประทับ ณ เมืองโลซานน์ ประเทศสวิสเซอร์แลนด์ เมื่อวันที่ ๘ เมษายน ๒๔๗๖
.
วันที่ ๒ มีนาคม ๒๔๗๗ พระบาทสมเด็จพระปกเกล้าเจ้าอยู่หัว ทรงสละราชสมบัติ จึงได้มีการจัดลำดับการสืบราชสันตติวงศ์ ตามกฎมณเทียรบาล ปรากฎว่า พระบรมวงศานุวงศ์ฝ่ายหน้า (ชาย) ที่เป็นสายตรงจากพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัว รัชกาลที่ ๕ ๖ ๗ ที่ประสูติแต่พระอัครมเหสี นั้น ไม่มีเสียแล้ว พระองค์สุดท้ายที่เป็นพระราชโอรสในพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวที่ทรงพระชนมชีพอยู่ คือ สมเด็จพระเจ้าพี่ยาเธอ เจ้าฟ้ามหิดลอดุลยเดชฯ ก็พึ่งจะสิ้นพระชนม์ไป เมื่ออนุโลมตามกฎมณเทียรบาล จึงทำให้ พระวรวงศ์เธอ พระองค์เจ้าอานันทมหิดล ทรงเป็นที่ ๑ ในลำดับการสืบราชสันตติวงศ์ 
.
รัฐบาลจึงได้กราบบังคมทูลเชิญ พระวรวงศ์เธอ พระองค์เจ้าอานันทมหิดล พระชันษา ๙ ปี ขึ้นเป็นสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวอานันทมหิดล
.
ที่จริง การที่พระวรวงศ์เธอ พระองค์เจ้าอานันทมหิดล ทรงได้รับราชสมบัติ มิใช่เรื่องเป็นที่แปลกใหม่หรือแปลกใจแก่ประชาชนแต่อย่างใด ด้วยเพราะในช่วงเวลาขณะนั้น พระบาทสมเด็จพระปกเกล้าเจ้าอยู่หัว และสมเด็จพระนางเจ้ารำไพพรรณี มิได้มีพระทายาท ดังนั้น ประชาชนทั่วไป ต่างเข้าใจว่า พระวรวงศ์เธอ พระองค์เจ้าอานันทมหิดล เป็นรัชทายาทโดยปริยาย ตั้งแต่ยังมิได้เสด็จไปประทับที่สวิสเซอร์แลนด์ ดั่งที่สมเด็จพระเจ้าพี่นางเธอ เจ้าฟ้าฯกรมหลวงนราธิวาสราชนครินทร์ ทรงพระนิพนธ์ไว้ในหนังสือเจ้านายเล็กๆ ยุวกษัตริย์ ว่า 
.
"วันหนึ่งพระองค์ชายกลับมาจากโรงเรียนและมาบอกแม่ว่ามีเพื่อนที่โรงเรียนมาเรียกว่า ‘องค์โป้ย’ แม่จึงเข้าใจทันทีว่าแปลว่า ‘องค์ ๘’"
.
ราวปี ๒๔๘๑ สมเด็จพระเจ้าอยู่หัวอานันทมหิดล เสด็จพระราชดำเนินพร้อมด้วย สมเด็จพระราชชนนีศรีสังวาลย์ สมเด็จพระเจ้าพี่นางเธอ เจ้าฟ้ากัลยาณิวัฒนา และสมเด็จพระเจ้าน้องยาเธอ เจ้าฟ้าภูมิพลอดุลยเดช มาประทับ ณ กรุงเทพมหานคร เป็นระยะเวลาสั้นๆ และเสด็จพระราชดำเนินกลับมาประทับ ณ กรุงเทพมหานครอีกครั้ง เมื่อวันที่ ๕ ธันวาคม ๒๔๘๘
.
ตลอดช่วงระยะเวลาที่ประทับอยู่ในประเทศไทยอันเป็นเวลานานนี้ ก็ได้ทรงปฏิบัติพระราชกรณียกิจนานับประการ เสด็จพระราชดำเนินไปในการพระราชพิธีต่างๆ รัฐพิธีพระราชทานรัฐธรรมนูญ เสด็จพระราชดำเนิน เพื่อทรงประกอบพิธีเสกสมรส ระหว่าง หม่อมเจ้าปิยะรังสิต รังสิต กับหม่อมเจ้าวิภาวดี รัชนี ณ วังถนนวิทยุ
.
ทรงเยี่ยมประชาชนชาวจีนที่สามเพ็ง ทรงเยี่ยมราษฎรที่จังหวัดฉะเชิงเทรา เสด็จพระราชดำเนินไปพระราชทานปริญญาบัตร ณ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย เป็นครั้งแรกและครั้งเดียวในรัชกาล ทั้งยังพระราชปรารภในการสร้างโรงเรียนแพทยศาสตร์แห่งใหม่ ในจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัยอีกด้วย 
.
พระราชกรณียกิจสุดท้ายที่ทรงปฏิบัติคือ เสด็จพระราชดำเนินไปสถานีเกษตร(มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์)เพื่อทรงหว่านพันธุ์ข้าวและทรงเยี่ยมชมกิจการด้านวิทยาศาสตร์ เมื่อวันที่ ๕ มิถุนายน ๒๔๘๙ 
.
สมเด็จพระเจ้าอยู่หัวอานันทมหิดล เสด็จสวรรคตด้วยพระแสงปืน ณ พระที่นั่งบรมพิมาน เมื่อวันอาทิตย์ที่ ๙ มิถุนายน ๒๔๘๙ สิริพระชนมายุได้ ๒๐ พรรษา 
.
เมื่อปี ๒๕๓๘ พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัว รัชกาลปัจจุบัน ทรงพระกรุณาโปรดเกล้าโปรดกระหม่อม ให้เฉลิมพระปรมาภิไธยให้เป็นตามแบบแผนโบราณราชประเพณี โดยเรียกขานพระปรมาภิไธยอย่างย่อว่า "พระบาทสมเด็จพระปรเมนทรมหาอนันทมหิดลฯ พระอัฐมรามาธิบดินทร"