Hawking lahir tanggal 8 Januari 1942^[22] di Oxford dari pasangan Frank (1905–1986) dan Isobel Hawking (née Walker; 1915–2013).^[23][24] Ibunya adalah orang Skotlandia.^[25] Meski keluarganya mengalami kesulitan keuangan, kedua orang tuanya kuliah di Universitas Oxford. Frank masuk jurusan kedokteran dan Isobel masuk jurusan filsafat, politik, dan ekonomi.^[24] Keduanya bertemu tidak lama setelah pecahnya Perang Dunia II di sebuah lembaga riset medis; Isobel bekerja sebagai sekretaris dan Frank bekerja sebagai peneliti medis.^[24][26] Mereka tinggal di Highgate. Namun, karena London dibom, Isobel pindah ke Oxford untuk melahirkan anaknya dengan selamat.^[27] Hawking memiliki dua adik, Philippa dan Mary, dan adik adopsi, Edward.^[28]

Pada tahun 1950, ketika bapak Hawking mengepalai divisi parasitologi di National Institute for Medical Research, Hawking bersama keluarganya pindah ke St Albans, Hertfordshire.^[29][30] Di St Albans, keluarganya dianggap sangat cerdas dan agak eksentrik;^[29][31] keluarga Hawking biasanya makan bersama sambil baca buku.^[29] Mereka hidup hemat di rumah yang besar dan berantakan dan bepergian menggunakan mobil bekas taksi London.^[32][33] Ketika bapak Hawking berdinas di Afrika,^[34] istri dan anak-anaknya berkunjung ke Majorcaselama empat bulan untuk menjenguk sahabat ibunya, Beryl, dan suaminya, seorang penyair bernama Robert Graves.^[35]

Hawking mulai mengenyam pendidikan di Byron House School di Highgate, London. Ia mengungkapkan bahwa "metode pengajaran progresif" membuatnya gagal belajar membaca saat masih sekolah.^[36][29] Di St Albans, Hawking yang masih berusia 8 tahun bersekolah di St Albans High School for Girls selama beberapa bulan. Waktu itu, anak laki-laki boleh tinggal di salah satu asramanya.^[35][37]

Hawking bersekolah di Radlett School, sekolah independen di desa Radlett di Hertfordshire, selama satu tahun.^[37] Sejak September 1952, ia bersekolah di St Albans School,^[22][38] sekolah independen di kota St Albans di Hertfordshire setelah Hawking lulus ujian transfer satu tahun lebih awal.^[39] Keluarganya sangat mengutamakan pendidikan.^[29] Bapak Hawking ingin anaknya bersekolah di Westminster School, tetapi Hawking yang berusia 13 tahun jatuh sakit pada tanggal ujian beasiswa. Keluarganya tidak mampu membiayai pendidikannya tanpa bantuan beasiswa sehingga Hawking bertahan di St Albans.^[40][41]Dampak positifnya adalah Hawking memiliki banyak teman dekat yang sering bermain permainan papan, membuat kembang api, rekayasa pesawat dan kapal,^[42] dan mengobrol panjang lebar tentang Kristen dan persepsi luar indera.^[43] Sejak 1958, berkat bantuan guru matematika Dikran Tahta, mereka membuat komputer menggunakan bagian mekanik jam, papan kabel telepon lama, dan komponen daur ulang lainnya.^[44][45]

Meski dijuluki "Einstein" di sekolah, Hawking awalnya tidak mendapat nilai yang bagus.^[46] Seiring waktu, ia mulai menunjukkan kegemarannya terhadap mata pelajaran ilmu pengetahuan. Ia terinspirasi oleh Tahta dan memutuskan belajar matematika di universitas.^[47][48][49] Bapak Hawking menyarankannya agar belajar kedokteran; ia khawatir karena tidak banyak lapangan pekerjaan untuk sarjana matematika. ^[50] Ia juga ingin anaknya kuliah di University College, Oxford, alma maternya sendiri. Karena waktu itu belum ada jurusan matematika di sana, Hawking memutuskan belajar fisika dan kimia. Walaupun kepala sekolahnya menyarankan agar Hawking menunggu satu tahun, Hawking dianugerahi beasiswa setelah menjalani ujian pada Maret 1959.^[51][52]

Hawking mengawali pendidikan tingginya di University College, Oxford,^[22] bulan Oktober 1959 pada usia 17 tahun.^[53] Selama 18 bulan pertama, ia bosan dan kesepian – ia menganggap tugas kuliahnya "terlalu mudah".^[54][55] Guru fisikanya, Robert Berman, kelak mengungkapkan, "Ia perlu tahu bahwa ia dapat melakukan sesuatu, dan ia dapat melakukannya tanpa mempelajari cara yang digunakan orang lain."^[2] Menurut Berman, pada tahun kedua dan ketiga, Hawking mulai berusaha "membaur dengan sesama mahasiswa". Ia mulai dikenal sebagai mahasiswa populer, ceria, dan lucu, tertarik dengan musik klasik dan fiksi ilmiah.^[53] Perubahan kepribadian ini terjadi setelah ia memutuskan bergabung dengan klub perahu University College Boat Club. Ia menjadi penyetir dalam tim dayung perahu.^[56][57] Pelatih dayung saat itu mengamati bahwa Hawking memiliki citra yang nekat. Hawking sering menyetir timnya ke arus-arus berisiko yang menyebabkan perahunya rusak.^[58][56]

Hawking menghitung bahwa ia belajar selama seribu jam dalam tiga tahun masa kuliahnya di Oxford. Kebiasaan belajar yang biasa-biasa saja ini membuat ujian akhirnya terasa seperti tantangan. Ia memutuskan untuk menjawab pertanyaan fisika teoretis saja dan mengosongkan pertanyaan lain yang memerlukan pengetahuan fakta. Gelar kehormatan terbaik adalah syarat melanjutkan pendidikan kosmologi di Universitas Cambridge.^[59][60] Karena gugup, ia kurang tidur sehari sebelum tanggal ujian. Hasilnya, nilainya pas di antara gelar terbaik dan terbaik kedua sehingga memerlukan viva (ujian lisan).^[60][61] Hawking takut dipandang sebagai mahasiswa pemalas dan sulit diatur. Jadi, ketika ia ditanyai soal rencananya dalam ujian lisan, ia menjawab, "Kalau Anda memberi saya gelar terbaik, saya akan melanjutkan pendidikan ke Cambridge. Apabila saya diberi gelar terbaik kedua, saya akan bertahan di Oxford. Saya harap Anda memberi saya gelar terbaik."^[60][62] He was held in higher regard than he believed; menurut Berman, para penguji "sadar bahwa mereka sedang berbicara dengan sosok yang lebih pintar daripada mereka sendiri".^[60] Setelah meenrima gelar BA (Hons.) terbaik di bidang ilmu alam dan pulang dari petualangannya di Iran bersama seorang teman, ia melanjutkan pendidikannya di Trinity Hall, Cambridge, pada Oktober 1962.^[22][63][64]

Tahun pertama Hawking sebagai mahasiswa doktoral diterpa kesulitan. Ia awalnya kecewa karena dibimbing oleh Dennis William Sciama, salah satu pendiri kosmologi modern, alih-alih astronom ternama Fred Hoyle.^[65][66] Ia mengetahui bahwa pengetahuan matematikanya tidak memadai untuk meneliti relativita umum dan kosmologi.^[67] Setelah didiagnosis mengidap penyakit saraf motorik, Hawking mengalami depresi – walaupun semua dokternya menyarankan agar ia melanjutkan penelitiannya, ia merasa tidak ada gunanya.^[68] Penyakitnya berkembang lebih lambat daripada prediksi dokter. Meski Hawking kesulitan jalan tanpa bantuan, ujarannya hampir tidak bisa dipahami. Diagnosis awal bahwa ia akan meninggal dua tahun lagi terbukti tidak benar. Berkat dorongan Sciama, ia melanjutkan penelitiannya.^[69][70] Hawking mulai dikenal atas kecerdasan keberaniannya setelah ia menantang secara terbuka tulisan Fred Hoyle dan bimbingannya, Jayant Narlikar, dalam sebuah kuliah pada bulan Juni 1964.^[71][72]

Ketika memulai kuliah doktoralnya, kalangan fisikawan sedang memperdebatkan dua teori penciptaan alam semesta, Dentuman Besar dan Keadaan Tetap.^[73] Terinspirasi oleh teorema singularitas ruang-waktu Roger Penrose di tengah lubang hitam, Hawking menerapkan pemikiran yang sama untuk seluruh alam semesta. Pada tahun 1965, ia menulis tesisnya tentang topik ini.^[74][75] Tesis Hawking^[76] disetujui tahun 1966.^[76] Hawking mengalami banyak perkembangan positif: ia menerima keanggotaan sebagai peneliti di Gonville and Caius College;^[77] ia mendapat gelar PhD dalam matematika terapan dan fisika teoretis dengan spesialisasi relativitas umum dan kosmologi pada Maret 1966;^[78] dan esainya yang berjudul "Singularities and the Geometry of Space-Time" dan esai Penrose sama-sama memenangi Adams Prize.^[79][78]

Dalam karyanya yang ditulis bersama Penrose, Hawking memperluas konsep-konsep teorema singularitas yang dijelaskan dalam tesis doktoralnya. Perluasan konsep ini mencakup eksistensi singularitas serta teori bahwa alam semesta itu sendiri berawal dari singularitas. Esai mereka menjadi finalis lomba Gravity Research Foundation tahun 1968.^[80][81] Tahun 1970, mereka mengumumkan bukti bahwa apabila alam semesta mematuhi teori relativitas umum dan pas dengan semua model kosmologi fisik Alexander Friedmann, alam semesta pasti berawal dari singularitas (ketunggalan).^[82][83][84] Pada tahun 1969, Hawking menerima anugerah Fellowship for Distinction in Science di Caius.^[85]

Pada tahun 1970, Hawking memaparkan hukum kedua mekanika lubang hitam. Menurut hukum ini, cakrawala peristiwa lubang hitam tidak akan bisa mengecil.^[86] Bersama James M. Bardeen dan Brandon Carter, ia mengusulkan empat hukum mekanika lubang hitam dengan analogi termodinamika.^[87]Hawking kecewa karena Jacob Bekenstein, mahasiswa bimbingan John Wheeler, benar-benar menerapkan konsep termodinamika dan ternyata terbukti benar.^[88][89] Pada awal 1970-an, penelitian Hawking bersama Carter, Werner Israel, dan David C. Robinson sangat mendukung teorema rambut nihil Wheeler. Menurut teorema ini, materi awal pembentuk lubang hitam dapat diketahui dengan melihat massa, muatan listrik, dan rotasinya.^[90][91] Esainya yang berjudul "Black Holes" dianugerahi Gravity Research Foundation Award pada Januari 1971.^[92] Buku pertama Hawking, The Large Scale Structure of Space-Time, ditulis bersama George Ellis dan diterbitkan tahun 1973.^[93]

Sejak 1973, Hawking beralih ke kajian gravitasi kuantum dan mekanika kuantum.^[94][93] Karyanya di bidang ini dipicu oleh kunjungannya ke Moskwa dan diskusi dengan Yakov Borisovich Zel'dovich dan Alexei Starobinsky; karya kedua ilmuwan ini menunjukkan bahwa menurut prinsip ketidakpastian, lubang hitam yang berputar mengeluarkan partikel.^[95] Hawking baru tahu bahwa kalkulasinya menghasilkan temuan yang berlawanan dengan hukum keduanya (lubang hitam tidak akan bisa mengecil)^[96] dan mendukung pandangan Bekenstein tentang entropi lubang hitam.^[97][95] Hasil penelitiannya yang dipaparkan tahun 1974 menunjukkan bahwa lubang hitam mengeluarkan radiasi yang kini dikenal sebagai radiasi Hawking. Radiasi ini akan terus berlanjut sampai lubang hitam kehabisan energi dan menguap.^{[98][99][100]} Awalnya, radiasi Hawking menuai kontroversi. Pada akhir 1970-an dan usai penerbitan artikel tambahan, temuan ini diakui secara luas sebagai terobosan dalam fisika teoretis.^{[101][102][103]}Hawking diangkat sebagai Fellow of the Royal Society (FRS) tahun 1974, beberapa pekan setelah pengumuman temuan radiasi Hawking. Kala itu ia merupakan salah satu ilmuwan termuda yang menjadi anggota Royal Society.^[104][105]

Hawking diangkat sebagai Profesor Tamu Kehormatan Sherman Fairchild di California Institute of Technology (Caltech) tahun 1970. Ia bekerja dengan temannya, Kip Thorne,^[106] dan membuat taruhan ilmiah tentang status lubang hitam bintang gelap Cygnus X-1. Taruhan ini adalah "polis asuransi" untuk pandangan bahwa lubang hitam tidak ada.^[107] Hawking mengakui bahwa ia kalah taruhan pada tahun 1990, kekalahan pertama dari serangkaian taruhan yang kelak ia buat bersama Thorne dan rekan-rekannya.^[108] Hawking membina hubungan dengan Caltech dan menghabiskan satu bulan di sana setiap tahun sejak kunjungan pertamanya.^[109]

Hawking kembali ke Cambridge tahun 1975 untuk menduduki jabatan akademik yang lebih senior, yaitu reader fisika gravitasi. Pada pertengahan hingga akhir 1970-an, publik semakin tertarik dengan lubang hitam dan para fisikawan yang mempelajarinya. Hawking sering diwawancarai oleh media cetak dan televisi.^[110][111] Ia juga mendapat banyak penghargaan akademik atas karya-karyanya.^[112] Pada tahun 1975, ia dianugerahi Eddington Medal dan Pius XI Gold Medal, lalu Dannie Heineman Prize, Maxwell Prize dan Hughes Medaltahun 1976.^[113][114] Ia diangkat sebagai guru besar di bidang fisika gravitasitahun 1977.^[115] Pada tahun berikutnya, ia menerima Albert Einstein Medal dan gelar doktor kehormatan dari Universitas Oxford.^[116][112]

Pada akhir 1970-an, Hawking diangkat sebagai Guru Besar Matematika Lucasian di Universitas Cambridge.^[112][117] Kuliah pertamanya dalam kapasitasnya sebagai guru besar berjudul "Is the End in Sight for Theoretical Physics". Ia mengusulkan Supergravitasi N=8 sebagai teori utama untuk menyelesaikan berbagai persoalan besar yang dipelajari fisikawan.^[118]Pengangkatannya bertepatan dengan masalah kesehatan yang memaksanya dirawat di rumah.^[119] Pada saat yang sama, ia juga mengubah pendekatannya terhadap fisika. Ia semakin intuitif dan spekulatif dan tidak lagi menuntut bukti matematis. "Bagi saya, lebih baik benar daripada cermat", kata Hawking kepada Kip Thorne.^[120] Pada tahun 1981, ia berpendapat bahwa informasi di lubang hitam tidak dapat diselamatkan apabila lubang hitam menghilang. Paradoks informasi ini melanggar dasar mekanika kuantum dan memicu