自西漢武帝在首都長安設立太學，立五經博士，為博士立弟子員，太學就成為漢代最高學府，在社會政治、文化生活中發揮著重要的角色。東漢開國皇帝劉秀就曾在長安的太學中學習過。光武帝稱帝後，天下尚未安定，就已經把文教放在比較重要的位置上了。早在建武二年（26年），就恢復了五經博士的設置。建武五年（29年）十月，正式在洛陽城開陽門外南營建太學，距皇宮僅八里之遙。
太學恢復後，光武帝非常重視，曾多次親臨太學，指導教學工作，對學生進行考核，觀看太學生的典禮活動，並多次對太學師生進行賞賜。比如建武五年太學剛剛建立，從齊地征討歸來的光武帝就來到太學，「賜博士弟子各有差」。（《後漢書》第40頁）還有一次，光武帝來到太學，親自主持了一場學者們的學術辯論。博士桓榮以其突出的表現為光武帝所賞識，光武帝特地下詔褒獎，並給予賞賜。接著光武帝還觀看了太學生的音樂表演，很晚才回宮。
光武帝非常重視太學博士的選拔。建武七年，太僕朱浮向光武帝建議：「博士之官，為天下宗師，使孔聖之言傳而不絕」（《後漢書》第1144頁），應該在一個儘可能廣闊的範圍內選取優秀的人才。光武帝採納了他的建議。在太學博士恢復之初，出於維護朝廷正統性的考慮，光武帝恢復了西漢末年的十四家今文博士。但是光武帝對此並不滿足，還試圖進一步擴展太學傳授的內容。他曾一度設立《左傳》學博士，雖然最終因為反對的聲音太過強烈而作罷，光武帝這一提議本身對後來《左傳》學派的發展起到了非常重要的影響。整體看，光武帝在位期間，太學博士大多是碩學鴻儒，在東漢學術史上占據了一席之地。
平時，光武帝經常和群臣討論儒家經典。《後漢書》中記載：「數引公卿、郎、將講論經理，夜分乃寐。」（《後漢書》第85頁）有一次在朝會上，群臣就位後，郎中戴憑卻站著，光武帝覺得很奇怪，就問他為什麼不就位。戴憑說：「博士說經皆不如臣，而坐居臣上，是以不得就席。」光武帝立即把他召上殿，下令讓他與群儒一起辯論，最後光武帝對戴憑非常欣賞，就把他任命為侍中。又有一次正好趕上過年的大朝會，光武帝下令群臣辯論儒家經典，有誰道理講不通，就要被別人奪去自己的坐席。戴憑最後竟然奪得了五十多個坐席。
光武帝還將太學博士聘請為皇家教師，教授自己的孩子。對於這些皇家教師，光武帝給予了很高的禮遇。有一次，光武帝給太子選任太子太傅。群臣都秉承皇帝的意思，推薦了太子的舅舅執金吾原鹿侯陰識。博士張佚立即提出了反對意見，他說：「今陛下立太子為陰氏乎，為天下乎？即為陰氏，則陰侯可。為天下，則固宜用天下之賢才。」光武帝非常讚賞，說道：「欲置傅者，以輔太子也。今博士不難正朕，況太子乎？」（《後漢書》第1251頁）於是就拜張佚為太子太傅，同時任命學者桓榮為太子少傅。
光武帝比較關心太學教師博士們的生活。《東觀漢記》記載，建武年間，每到過臘節的時候，都會賞賜每位博士一隻羊。有一年，皇帝賞賜太學博士們的羊被送到太學後，大家發現羊的肥瘦不均，於是博士祭酒就提議，乾脆殺了羊以後分肉，還準備用秤來稱。《春秋》學者甄宇深以為恥，直接牽走最瘦的一隻，結果大家也就不再爭什麼了。後來又一次朝會，光武帝直接問道：「瘦羊博士在哪裡呢？」後來，甄宇也就被人們稱為「瘦羊博士」。