Después de acabar el colegio, Maathai estudió biología en los Estados Unidos y en Alemania. Recibió la licenciatura en biología del Mount St. Scholastica (actualmente Benedictine College o colegio benedictino) en 1964, y el título de Master de la Universidad de Pittsburg. Después volvió a Kenia, a la Universidad de Nairobi donde recibió el primer título de Doctor otorgado a una mujer de África Oriental (se doctoró en medicina veterinaria). En 1971 pasó a ocupar el puesto de profesora en el Departamento de anatomía veterinaria en la Universidad de Nairobi, (más tarde sería jefa de ese departamento).