À 12 ans, il entre au collège janséniste des Quatre-Nations, où il étudie la philosophie, le droit et les arts, et devient avocat en 1738. Il s'intéresse à la médecine et aux mathématiques. Il s'était d'abord inscrit sous le nom de Daremberg, puis il le change en d'Alembert, nom qu'il conservera toute sa vie. Il est un des maîtres d'uvre de l'Encyclopédie, dont le premier tome paraît en 1751.
En 1743 dans son Traité de Dynamique, il énonce le théorème fondamental de l'algèbre, qui dit que tout polynôme de degré à coefficients complexes possède racines dans (ceci avait déjà été conjecturé par Girard au début du XVIIe siècle). La démonstration que d'Alembert donne de ce résultat est incomplète, et il faudra attendre Carl Friedrich Gauss (1777-1855) pour une démonstration rigoureuse. En fait, celui-ci en donnera 4 tout au long de sa vie, clarifiant au passage considérablement la notion de nombre complexe.
Et Madame de Tencin ? On raconte que dès les premiers succès de son fils, elle désira se rapprocher de lui et le fit venir dans le salon littéraire (et aussi politique et financier) qu'elle tenait à Paris. D'Alembert y vint accompagné de sa mère adoptive, et se montra très froid à l'égard de la belle marquise...