Willem-Alexander mengikuti Sekolah Dasar Nieuwe Baarnse di Baarn pada tahun 1973-1979. Baginda melanjutkan pelajarannya ke tiga sekolah menengah yang berbeda: Lyceum Baarns di Baarn pada tahun 1979-1981, Eerste Vrijzinnig Christelijk Lyceum di Den Haag pada tahun 1981-1983, dan Atlantic College di Wales (1983-1985).[2][6]

Setelah pengabdian militernya pada 1985-1987, Willem Alexander mengambil jurusan sejarah di Universitas Leiden pada tahun 1987 dan menerima gelar akademisnya pada tahun 1993; baginda menulis mengenai tindak balas kerajaan Belanda atas keputusan Perancis di bawah Presiden Charles de Gaulle untuk meninggalkan struktur komando terpadu NATO sebagai topik disertasi akhirnya.[2]

Selain berbahasa Belanda, Willem-Alexander juga fasih berbahasa Inggeris, Sepanyol dan Jerman.[7]