Нефть и газ Тюменской области способствовали бурному росту в городе научных организаций. Еще в начале 90-х годов численность сотрудников НИИ и ВУЗов в Тюмени составляла 11,5 тысяч человек, если добавить обслуживающий персонал — почти 18 тысяч, то есть 10% трудоспособного населения города.

В областном центре располагаются несколько десятков научно-исследовательских и проектных институтов. Фундаментальная наука представлена криосферы Земли и проблем освоения Севера, которые входят в структуру Сибирского отделения РАН. Прикладная наука ориентирована на нужды нефтегазового комплекса. Её лидерами являются ТюменНИИгипрогаз, Гипротюменнефтегаз, Тюменнефтегеофизика (компания Интегра), Институт «Нефтегазпроект», СибНАЦ, «Сибнефтеавтоматика» (компания «Гидромашсервис»).

Тысячи студентов обучаются примерно по 120 специальностям в 15 высших учебных заведений. Преподавательский корпус составляет несколько тысяч человек, в их числе доктора и кандидаты наук, профессора и доценты. В городе также присутствует несколько десятков средних специальных учебных и профессионально-технических училищ, более ста дневных государственных общеобразовательных учреждения, порядка 150 дошкольных учреждений.

В городе работают следующие высшие учебные заведения:

• Тюменский государственный университет
• Тюменский государственный архитектурно-строительный университет
• Тюменская государственная медицинская академия
• Тюменский государственный нефтегазовый университет
• Тюменская государственная сельскохозяйственная академия
• Тюменское высшее военно-инженерное командное училище (филиал Военно-инженерного университета, Москва)
• Тюменский юридический институт МВД
• Тюменская государственная академия культуры и искусств
• Тюменская государственная академия мировой экономики, управления и права
• Тюменский колледж искусств
• Уральский государственный университет путей сообщения (филиал УрГУПС, Екатеринбург).

В 5-ти крупнейших вузах города в 2008—2009 учебном году обучается порядка 110 000 студентов (сумма численности учащихся заявленная на сайтах ВУЗов).