船政创设之初，左宗棠将全部的心力放在设局及开厂建船上，并没有重视船政教育，但很快他发现建立一所中国人的船政学堂，于中国船政的重要性。在这基础上，“求是堂艺局”于1866年成立，这是中国第一所近代海军学校，也是中国近代航海教育和海军教育的发源地。1867年马尾造船厂建成后搬迁至马尾，遂改名为船政学堂。船政学堂一支为前学堂习造船、后学堂习航海；另一支为绘事院、艺圃，后改称图算所、学徒学堂、匠首学堂。船政学堂的学风极为严谨，在教学中十分注重理论联系实务，前学堂的学生到各船厂实习，而后学堂的学生则上练船实习，船政为此专门制造和购买了数艘练船。严师出高徒，也只有治学如此严谨的船政学堂才能培养出魏瀚、刘步蟾、邓世昌、严复、萨镇冰、詹天佑、刘冠雄等国家栋梁。

船政学堂始终贯彻学、术并重的育人理念，教学方式完全依西方，在当时的中国可谓是最为现代化、最为西化的学校。其后各地先后成立的海军院校，均仿效船政学堂。船政学堂重视因材施教，尽量发挥学生特长，因此除了为中国海军及航海事业培育人才外，还培育了不少在工程，以至文学、思想方面的杰出人才。船政学堂自1866年开办至1907年福建船政停办为止，毕业生共628名。这些优秀人才，最终没有辜负国家的培养，以至于清政府创设的北洋海军，各舰管带、帮带，自总兵以下几乎全部来自船政学堂。其中以魏瀚、邓世昌等第一届尤为人才济济，有史学家称中日黄海海战为“以一校一级战一国”。甚至在民国以后的中国海军，仍然存有福建派别的传统，可见船政学堂开近代海军教育风气之先，影响之远。

船政教育发展到督办大臣时期（1875－1884年），最大的突破是成功地实践了派遣毕业生赴欧洲留学的计划。1877年，李鸿章上奏了丁日昌拟定的《船政生徒出洋肄业章程》，其内容大致是从船政前后学堂的学生中派遣30人分赴英、法两国，分别学习海军、舰船工程以及矿务和国际法，由李凤苞、日意格分任华、洋监督，带队前往欧洲留学，时间三年，总经费20万两银。三年之后，这些留学生归国时，李鸿章几乎全部收纳入北洋海防，不仅派任为新购置的蚊子船管带、高级军官，还派出大部队赴英国接收新式巡洋舰，并赴德国监造、接收“镇远”号铁甲舰。这些船政学堂毕业生大量北上，形成了中国海防长达半个世纪闽人独大的局面。留学生归国后，除了担任管带，还有出任天津水师学堂教习。天津水师学堂是1881年由李鸿章奏请设立。由于教习几乎全部出自船政学堂，故办学模式完全仿效船政学堂，俨如分校。除了留学生赴欧计划之外，船政的学堂和艺圃教育的学制等基本没有什么大变化，一步步按计划实施。

中法马江海战使船政教育培养的水师全军覆灭，这时的船政功能只剩下了造船和教育两项。由于战争，中法两国关系趋于紧张，原来的法文教习被辞退，转而雇用英国教习赖格罗、李家孜，以英文教学。船政教育能否发展最根本的因素是经费问题，吃了败仗的中国本就已经损失惨重，因此能拨给船政的经费也更捉襟见肘，船政开始大幅裁员。由于经费问题，这一时期的船政教育，形成了人才外流的现象。虽然，这样的做法造成了船政学堂毕业生的断层，但无私将精心培养的人才输送给地方的做法，对全国船政的发展做出贡献。首先，两广总督张之洞与船政署理大臣裴荫森商议决定将船政后学堂驾驶、管轮专业的毕业班学生整体转到黄埔水陆师学堂肄业。黄埔水陆师学堂的前身是1882年开馆的“广东实学馆”，一切制度模仿船政学堂。张之洞任两广总督后，为了扩充规模，更名为黄埔水陆师学堂。其次，裴荫森成功延续了派遣留学生赴欧的计划，这第三届的留学生归国后大部分被派遣编入北洋海军。

船政教育发展到兼管、兼充船政大臣时期（1890－1911年）已有二十多年历史，中国已经设立多所西式海军军官学校，培养的海军人才也从供不应求转为供过于求。作为海军学校鼻祖的船政学堂，却因为常年向地方输送毕业生反而人才紧缺。所以，1897年，趁法国水师制造学堂帮办教习的杜业尔来华访问之际，福州将军裕禄再一次大规模招生，而杜业尔也对日意格时期就订立的五年学制改为六年，对传统的艺圃教育也分设了艺徒学堂和匠首学堂，学制分别为三年。甲午战争后，船政再次派遣学生赴欧留学。但由于英国格林威治海军学校留学生名额已满，转而派遣赴法留学。1900年，闽浙总督接管船政后，认为经费问题难以支付留学费用，此后清廷逐步收回海军建设主导权，海军留学计划改由清政府中央海军机构管理和派遣，船政派遣留学最终成为逝去的历史。清政府派遣留学生的国家基本是日本和英国。