船政創設之初，左宗棠將全部的心力放在設局及開廠建船上，並沒有重視船政教育，但很快他發現建立一所中國人的船政學堂，於中國船政的重要性。在這基礎上，「求是堂藝局」於1866年成立，這是中國第一所近代海軍學校，也是中國近代航海教育和海軍教育的發源地。1867年馬尾造船廠建成後搬遷至馬尾，遂改名為船政學堂。船政學堂一支為前學堂習造船、後學堂習航海；另一支為繪事院、藝圃，後改稱圖算所、學徒學堂、匠首學堂。船政學堂的學風極為嚴謹，在教學中十分注重理論聯繫實務，前學堂的學生到各船廠實習，而後學堂的學生則上練船實習，船政為此專門製造和購買了數艘練船。嚴師出高徒，也只有治學如此嚴謹的船政學堂才能培養出魏瀚、劉步蟾、鄧世昌、嚴復、薩鎮冰、詹天佑、劉冠雄等國家棟樑。

船政學堂始終貫徹學、術並重的育人理念，教學方式完全依西方，在當時的中國可謂是最為現代化、最為西化的學校。其後各地先後成立的海軍院校，均仿效船政學堂。船政學堂重視因材施教，盡量發揮學生特長，因此除了為中國海軍及航海事業培育人才外，還培育了不少在工程，以至文學、思想方面的傑出人才。船政學堂自1866年開辦至1907年福建船政停辦為止，畢業生共628名。這些優秀人才，最終沒有辜負國家的培養，以至於清政府創設的北洋海軍，各艦管帶、幫帶，自總兵以下幾乎全部來自船政學堂。其中以魏瀚、鄧世昌等第一屆尤為人才濟濟，有史學家稱中日黃海海戰為「以一校一級戰一國」。甚至在民國以後的中國海軍，仍然存有福建派別的傳統，可見船政學堂開近代海軍教育風氣之先，影響之遠。

船政教育發展到督辦大臣時期（1875－1884年），最大的突破是成功地實踐了派遣畢業生赴歐洲留學的計劃。1877年，李鴻章上奏了丁日昌擬定的《船政生徒出洋肄業章程》，其內容大致是從船政前後學堂的學生中派遣30人分赴英、法兩國，分別學習海軍、艦船工程以及礦務和國際法，由李鳳苞、日意格分任華、洋監督，帶隊前往歐洲留學，時間三年，總經費20萬兩銀。三年之後，這些留學生歸國時，李鴻章幾乎全部收納入北洋海防，不僅派任為新購置的蚊子船管帶、高級軍官，還派出大部隊赴英國接收新式巡洋艦，並赴德國監造、接收「鎮遠」號鐵甲艦。這些船政學堂畢業生大量北上，形成了中國海防長達半個世紀閩人獨大的局面。留學生歸國後，除了擔任管帶，還有出任天津水師學堂教習。天津水師學堂是1881年由李鴻章奏請設立。由於教習幾乎全部出自船政學堂，故辦學模式完全仿效船政學堂，儼如分校。除了留學生赴歐計劃之外，船政的學堂和藝圃教育的學制等基本沒有甚麼大變化，一步步按計劃實施。

中法馬江海戰使船政教育培養的水師全軍覆滅，這時的船政功能只剩下了造船和教育兩項。由於戰爭，中法兩國關係趨於緊張，原來的法文教習被辭退，轉而僱用英國教習賴格羅、李家孜，以英文教學。船政教育能否發展最根本的因素是經費問題，吃了敗仗的中國本就已經損失慘重，因此能撥給船政的經費也更捉襟見肘，船政開始大幅裁員。由於經費問題，這一時期的船政教育，形成了人才外流的現象。雖然，這樣的做法造成了船政學堂畢業生的斷層，但無私將精心培養的人才輸送給地方的做法，對全國船政的發展做出貢獻。首先，兩廣總督張之洞與船政署理大臣裴蔭森商議決定將船政後學堂駕駛、管輪專業的畢業班學生整體轉到黃埔水陸師學堂肄業。黃埔水陸師學堂的前身是1882年開館的「廣東實學館」，一切制度模仿船政學堂。張之洞任兩廣總督後，為了擴充規模，更名為黃埔水陸師學堂。其次，裴蔭森成功延續了派遣留學生赴歐的計劃，這第三屆的留學生歸國後大部分被派遣編入北洋海軍。

船政教育發展到兼管、兼充船政大臣時期（1890－1911年）已有二十多年歷史，中國已經設立多所西式海軍軍官學校，培養的海軍人才也從供不應求轉為供過於求。作為海軍學校鼻祖的船政學堂，卻因為常年向地方輸送畢業生反而人才緊缺。所以，1897年，趁法國水師製造學堂幫辦教習的杜業爾來華訪問之際，福州將軍裕祿再一次大規模招生，而杜業爾也對日意格時期就訂立的五年學制改為六年，對傳統的藝圃教育也分設了藝徒學堂和匠首學堂，學制分別為三年。甲午戰爭後，船政再次派遣學生赴歐留學。但由於英國格林威治海軍學校留學生名額已滿，轉而派遣赴法留學。1900年，閩浙總督接管船政後，認為經費問題難以支付留學費用，此後清廷逐步收回海軍建設主導權，海軍留學計劃改由清政府中央海軍機構管理和派遣，船政派遣留學最終成為逝去的歷史。清政府派遣留學生的國家基本是日本和英國。