مع أبيه إلى القاهرة عام ١٢٣٨ ه‍ : ١٨٢٣ م ، ودخل الأزهر ، وفيه تتلمذ علي : محمد الكومي ، ومحمد أبي النجا ، ومصطفى القناوي ، وإبراهيم الباجوري شيخ الأزهر (ت ١٨٦١ م) ، وحسن العطار (ت ١٨٣٥ م) ، وإبراهيم السقا (ت ١٨٨٠ م).

وكان من زملائه في الدراسة : الشاعر الشيخ شهاب الدين (١٨٥٧ م) ، ورفاقه الطهطاوي (١٨٧٣ م) ، ومحمد قطة العدوى (١٨٦٤ م) ، ومحمد الأشموني ، وإبراهيم الدسوقي (١٨٨٣ م) ، الذي تتلمذ عليه كثير من المستشرقين.

وفي عام ١٨٢٧ م توفي أبوه فترك الطنطاوي الدراسة في الأزهر ، تحت ضغط الظروف القاسية ، وعاد إلى طنطا ، ومنحه أستاذه مصطفى القناوي شيخ المسجد الأحمدي إجازة في التدريس عام ١٨٢٨ م ، ثم عاد ودرس في الأزهر عام ١٨٣٠ م ، ثم عاد ودرس في الأزهر عام ١٨٣٠ م ، وكان أول من قرأ المعلقات والمقامات في حلقاته العلمية وهو في العشرين من عمره. وظل في الأزهر عشر سنين ، وله تعليقات على مقامات الحريري وشرح الزوزني على المعلقات.

ومن تلاميذ الطنطاوي في الأزهر : يوسف الأسير السوري (١٨٨٩ م) ، وإبراهيم مرزوق (١٨٦٦ م) ، وعبد الهادي نجا الأبياري.

واشتغل مع عمله في الأزهر بالتدريس في المدرسة الانجليزية بالقاهرة (مدرسة الارسالية البروتستانتية) عام ١٨٣٥ م. وفيها اتصل بكثير من الأوروبيين الوافدين على مصر ، ومن بينهم جماعة من المستشرقين مثل فليمانس فريثل الفرنساوي (١٨٥٥) الذي ترجم لامية العرب للشنفري الى الفرنسية بمساعدة أستاذه الطنطاوي ، والذي علم أستاذه اللغة الفرنسية ؛ وكذلك بيرون وفيل وبرونر ، وأصبح الشيخ أثيرا عندهم ، واعتمدوا عليه اعتمادا كليا في بحوثهم وتتلمذوا عليه تلمذة فعلية.

وكتب قرينل يقول : «أنه مدين للطنطاوي الشيخ المصري الوحيد ،