朱棣夺得天下后在南京登基，朱瞻基随祖母离开北京也来到了南京。祖父朱棣和祖母徐氏非常钟爱这个皇孙，对其颇为用心。朱瞻基自幼聪慧，喜好读书。永乐五年（1407）四月，他到了出阁读书的年纪，成祖特命靖难之役的第一功臣姚广孝为之讲习经书。
姚广孝像姚广孝是个很特别的人，至今还流传着关于他的许多传说。他14岁出家为僧，法名道衍，向道士席应真学习阴阳术数之学，熟读诗书，诗文俱佳。后来云游嵩山时，著名相士袁珙(ɡǒnɡ)看到他十分诧异，说他三角眼、形如病虎、嗜杀成性，将来一定是刘秉忠一样的人物。（刘秉忠，元朝僧人，随忽必烈征云南，筹建开平城，主持设计元大都，建议以大元为国号。）姚广孝听说自己会成为刘秉忠一样的人物，正符合自己的志向，非常高兴，立志要做一番事业。因马皇后病逝，朱元璋择高僧入藩王府为马皇后诵经祈福。姚广孝因此得以入燕王府，为朱棣所知。他密劝朱棣举兵，并在靖难之役中屡出奇策，为朱棣夺得江山立下不世功勋。朱棣对他十分敬重，恢复他的姓，赐名广孝，不直呼其名而尊称为少师。朱棣让他蓄发还俗，他不肯；赐给他府邸和两名宫人，他拒不接受。上朝的时候他穿上官服，下朝后就换上袈裟，居住在寺庙中。当永乐十六年（1418）他病情危重时，成祖亲自到他居住的庆寿寺看望他，相谈甚欢。病逝后，成祖辍朝两日，亲自为他的神道碑书写碑文，记述他的功绩。
成祖朱棣以自己最为信任的大臣来辅导朱瞻基，可见对他的殷切希望。朱瞻基也没有辜负祖父的期望，学习刻苦，加之天资聪颖，过目不忘。他还留意古今兴衰、历朝治乱的内容，从中领会治国的道理。
成祖朱棣不但任命姚广孝教授朱瞻基，而且他自己也用言传身教来给与他良好的影响，为以后为国君做准备。永乐七年（1409），成祖巡幸北京，令朱瞻基同行。他特意带领着朱瞻基到田间观察农作物、农具和耕种的过程，到农民家里看他们的衣食住行，并写了一篇《务本训》给他，让他知道农业是国家根本的道理，治理国家必须体恤农民。
永乐八年（1410），朱棣亲征蒙古，指定尚书夏原吉辅佐朱瞻基留守北京，学习处理日常政务。当时南京是京师，北京称行在，虽然同样设有各种官署，但是处于草创阶段，还很混乱。夏原吉每天早上辅佐朱瞻基处理政事。面对各衙门的庞杂事件，夏原吉总能口答笔书，从容不迫，井井有条，处理好深入漠北的成祖朱棣和远在南京监国的太子朱高炽交办的各项事务。有这样能干的大臣辅佐朱瞻基，相信他一定会从中积累许多处理政务的经验。后来夏原吉又侍从朱瞻基深入乡野村落，体察百姓疾苦。成祖对夏原吉很满意，在朝堂上指着他和蹇义对朝臣说，这是高皇帝（太祖朱元璋）给我留下的贤臣，要想知道古代贤臣的样子，眼前的两个人就是。此后，朱瞻基多次在夏原吉的侍从下往返于两京之间，其间经常谈论治国方略，从夏原吉那里获得了许多经验。
宣宗骑马图永乐十二年（1414），为了让朱瞻基接受战场的历练，朱棣命他随自己亲征蒙古。朱棣已经让朱瞻基体察了民间疾苦，学习处理政务，似乎只有再让皇太孙在战场上磨砺之后才会让他日后成为文武兼备的一代圣君。朱棣并没有让朱瞻基荒废学业，命随军大臣在行军过程中继续教授他经史。皇太孙有时又跟随成祖朱棣检阅部队，学习战法。六月，明军与蒙古铁骑展开激战。宦官李谦自恃勇猛，带着朱瞻基加入战局。朱棣得知皇太孙身涉险境，急忙派军将朱瞻基解出战场。李谦自知犯下大错，自杀身亡。
正是在祖父朱棣的精心培育下，朱瞻基文韬武略、熟悉政务，为将来治理国家积累了宝贵的经验。朱棣十分欣慰，曾对朱高炽说朱瞻基日后必然是一个太平天子。如前文所说，朱棣之所以传位于朱高炽，或与钟爱皇太孙朱瞻基有很大的关系。朱瞻基机敏过人，多次维护了其父朱高炽的储位。有一次，成祖朱棣命太子朱高炽和汉王朱高煦、赵王朱高燧拜谒太祖朱元璋的孝陵，朱瞻基随往。太子朱高炽身体肥胖，还有脚疾，行走不便，由两个太监搀扶仍然踉跄。朱高煦在后面看见，故意在众大臣面前羞辱太子，说"前人蹉跌，后人知警"。没想到年幼的朱瞻基在后面随即反驳，"更有后人知警也"，顷刻之间为父亲解围。朱高煦回头看到朱瞻基，意识到在争夺储位的道路上朱瞻基也是不可忽视的力量。
幼年受到的良好教育，使朱瞻基能吟诗作赋，擅长书法绘画。他登基后经常在春秋时节，与诸儒臣登临万寿山，泛舟太液池，良辰美景，赋诗唱和。他的诗侧重于重农、求贤的内容，表达了他励精图治、奋发有为的治国理念。宣德四年（1429）十月，朱瞻基来到文渊阁，与杨士奇、杨荣、金幼孜、杨溥、李时勉等儒臣谈经说道。他随手翻阅着经史书籍，和儒臣们讨论其中蕴意，进而探讨治国的得失。君臣谈古论今，相谈甚欢。宣宗兴致盎然，特命御膳房拿来好酒，设御宴款待他们。席间，他告诫儒臣们，自古想要治理好国家的君主都崇礼重士，你们是辅佐良臣，对于国家政事一定要知无不言。他还赋诗一首，赐给杨士奇等人，有如下诗句："大经大法古所训，讲论启沃良足娱。朝廷治化重文教，旦暮切磋安可无？"朱宣宗绘《花下狸奴图》瞻基认为读书讨论不但能陶冶性情，还是治理国家的良策。不久，他将自己所作的《猗兰操》赐给朝臣，再次告诫朝臣要举荐贤才，只有唯才是举才能治理好国家。他涉猎较广，绘画则以山水、花鸟见长。他所绘《戏猿图》、《花下狸奴图》手法细腻，颇见功底。另绘有《寿星图》一幅，赐给老臣夏原吉。又有《瓜鼠图轴》等流传于世。