少年时代
袁世凯出身河南项城的一个大家族，他的叔祖袁甲三官至漕运总督，参与镇压太平军和捻军，是这个家族的顶梁柱；他的生父是袁保中，为项城县的地主豪绅，捐了个同知官位。袁世凯系袁保中第四子，生母是袁保中之妾刘氏，他于1859年9月16日（清文宗咸丰九年八月二十日）出生于大清河南省陈州府项城县北之袁张营。袁世凯出生的那天，袁甲三恰好寄书到家，言与捻军作战得胜。袁世凯的父亲袁保中大喜过望，因此为这个新生的婴儿取名为“凯”，并按照家族“保世克家、企文绍武”的排行，给婴儿命名“世凯”。袁世凯被其婶母牛氏（袁保庆之妻）抚养长大，他本人也在1864年过继给无子的袁保庆为后嗣。袁世凯六岁时，养父袁保庆替他找个启蒙老师袁执中教四书五经，后又随袁保庆宦游济南、扬州、南京诸地。在南京，袁世凯师从曲沼学习武艺，并“喜游览山水，复善骑射，课暇则策马登览清凉山、莫愁湖、太平湖诸胜迹”，[5] 袁世凯自小喜爱兵法，立志学“万人敌”。尝自谓“三军不可夺帅，我手上如果能够掌握十万精兵，便可横行天下。” 常常不惜重金搜罗购买各种版本的兵书战策，被人讥笑为“袁书呆”。[6] 13岁时袁世凯曾制联“大野龙方蛰，中原鹿正肥”。这寥寥数字，充分体现了袁世凯的雄心。
总督朝鲜
1882年，朝鲜发生壬午军乱，朝鲜国王李熙（朝鲜高宗）之父兴宣大院君李昰应利用军队哗变，成功夺权；朝鲜王妃闵妃一党与大院君有隙，请求清廷出兵平乱，袁世凯乃跟随吴长庆的部队东渡朝鲜。袁世凯率领一支清军配合行动，杀死了几十名兵变参与者。战斗中，袁世凯一路放枪，带头冲在最前面，他的坚毅勇敢感染了部下，兵变很快得以平定。吴长庆在给清廷的呈报中将他赞扬了一番，说他“治军严肃，调度有方，争先攻剿，尤为奋勇”[14] ，报以首功。随后清军将大院君掳至保定问罪，当年23岁的袁世凯则以帮办朝鲜军务身份驻藩属国朝鲜，协助朝鲜训练新军，开启了袁世凯练兵的先河。袁世凯留镇朝鲜期间，得到了朝鲜上下的一致好评，朝鲜人士称赞他：“明达夙成，留京师（汉城）期年，大得都民之心”。[15] 他也和金允植、金炳始等多名朝鲜士大夫结为忘年之至交。他在朝鲜被称为“袁司马”。
创立新军
袁世凯派人到鲁、苏、皖、豫等地招募2250名步兵，300名骑兵，再加上4750名定武军，称“新建陆军”，作为他小站练兵的兵源。袁世凯在小站练兵以德军为蓝本，制订了一整套近代陆军的招募制度、组织编制制度、军官任用和培养制度、训练和教育制度、粮饷制度等内容的建军方案。在军事装备上，袁世凯注重武器装备的近代化和标准化，大胆采用西方的先进技术。强调实施新法训练的严格性。这股军队后来发展成为北洋六镇（北洋新军），为清末陆军主力，民国初年的北洋军阀亦多源自清末新军。袁世凯聘德国军官十余人担任教习，又从天津武备学堂中挑选百余名学生任各级军官，并引用和培植一批私人亲信，以加强对全军的控制。这些人以后大都成为清末民初的军政要人。
戊戌政变
1897年，袁世凯擢升直隶按察使，仍主持小站练兵。1898年9月，袁世凯升任工部右侍郎，奉旨入京陛见，随后卷入了政治风暴中。当时光绪帝重用康有为、梁启超、谭嗣同等维新派实行戊戌变法，与慈禧太后为首的顽固派（后党）势成水火。康有为等维新派（帝党）从一开始就寄希望于袁世凯，在7月底就派徐仁录前往小站联络袁世凯，试探其态度。康有为判断袁世凯“为我所动”，乃举荐袁世凯为侍郎。[27] 9月18日（阴历八月初三），康有为等人得到光绪帝“朕位且不能保“的密诏，深感局势紧迫，于是铤而走险，决定包围颐和园，控制居住其中的慈禧太后，并杀死慈禧宠臣直隶总督荣禄，而这一任务则被维新派委托在袁世凯身上。
清末新政
《辛丑条约》签订后，清政府迫于内外形势，施行新政。袁世凯表示极力拥护。1901年袁世凯在山东创建山东大学堂（今山东大学）。1902年，袁世凯兼任政务处参预政务大臣和练兵大臣，在保定编练北洋常备军（简称北洋军）。次年，清政府在北京设立练兵处袁世凯任会办大臣，负责创办武备学堂，并聘请大批日本军官担任教习。至1905年北洋六镇编练成军，每镇一万二千五百余人，除第一镇系满洲贵族铁良统率的旗兵外，其余五镇都在他的控制之下，重要将领几乎都是小站练兵时期的嫡系军官。同时，袁世凯还兼任督办电政大臣、督办铁路大臣及会议商约大臣。在此期间，他在发展北洋工矿企业、修筑铁路、创办巡警、整顿地方政权及开办新式学堂等方面，都颇有成效。通过办理新政，他得以“内结亲贵，外树党援”，很快形成了一个以他为首的庞大的北洋军事政治集团。袁世凯大力襄赞新政，包括废科举、督办新军、建学校、办工业等，第一支中国警察队伍亦于天津成立，也筹划修建了中国第一条自主建造的铁路——京张铁路。