Kendini İstanbul'un ve Osmanlı coğrafyasının kentsel hafızasını kayıt altına almaya adayan Eyice, modern sanat tarihçiliğinin metodolojik altyapısını kuran en önemli isimlerden biri olarak tarihe geçti.
Deniz subayı Mehmet Kamil Bey ile Hatice Hanım'ın oğlu olarak 1922'de Kadıköy'de dünyaya gelen Eyice, şehre ve henüz ilkokuldayken eski eserlere tutkusunu keşfetti.
Ünlü tarihçi ilk ve orta öğrenimini Kadıköy'deki Saint Louis ve Saint Joseph Fransız okullarında tamamladı.
Galatasaray Lisesi'nde öğrenciyken İstanbul'un fethiyle ilgili hazırladığı bir ödev sonucu, doğup büyüdüğü şehri aslında hiç tanımadığını fark eden Eyice, arkadaşlarıyla çıktığı İstanbul gezileriyle ömür boyu sürecek araştırmacılığının temelini attı.
Semavi Eyice, 1943'te liseden mezun oldu.
Babasının, hariciyeci olması yönündeki isteğine rağmen arkeoloji ve sanat tarihi üzerine çalışmayı tercih eden Eyice, Alman arkeolog ve İstanbul tarihi uzmanı Alfons Maria Schneider'in davetiyle 1944'te Göttingen'e giderek Bizans sanatı ve arkeolojisi üzerine yoğunlaştı.
Prof. Dr. Eyice, 2. Dünya Savaşı'nın zorlu günlerinde Viyana ve Berlin üniversitelerinde Bizans tarihi eğitimi aldı, Kızıl Ordu'nun Berlin'e ilerlemesi üzerine öğrenimini yarım bırakıp Türkiye'ye döndü. Dönemin politik şartları nedeniyle Danimarka üzerinden Türkiye'ye gelmeye çalışırken bir süre cezaevinde kaldı.
Türkiye'ye dönüşünün ardından kayıt olduğu İstanbul Üniversitesi Edebiyat Fakültesinden 1948'de mezun olan tarihçi, "İstanbul Minareleri" konulu bitirme tezini Prof. Ernst Diez danışmanlığında hazırladı. Eyice, Türk-İslam sanatı dersi veren Diez'in yanında asistan olarak çalışmaya başladı. Akademik hayata adım atan Eyice, Prof. Dr. Philipp Schweinfurth’un da asistanlığını yürüttü.
Bu süreçte edebiyat fakültesinde her yıl konferans şeklinde dersler veren Prof. Albert Gabriel'in derslerini Fransızca'dan, Schweinfurth ve Kurt Erdmann'ın derslerini ise Almancadan Türkçeye çeviren Eyice, Türkiye'de sanat tarihi terminolojisinin oluşmasına önemli katkı sağladı.
Semavi Eyice, ilk bilimsel makalesini 1949'da Reşad Ekrem Koçu'nun İstanbul Ansiklopedisi'nde yayımladı. Fatih'in Çarşamba semtindeki Hirami Ahmet Paşa Mescidi hakkındaki bu makalenin ardından pek çok maddeyle ansiklopediye katkıda bulundu.