নিখিলরঞ্জন সেনের জন্ম ১৮৯৪ খ্রিস্টাব্দের ২৩ শে মে অবিভক্ত বাংলার অধুনা বাংলাদেশের ঢাকায়। পিতা কালীমোহন সেন।সেন ও মাতা বিধুমুখী দেবী। তাঁদের চার পুত্র ও চার কন্যা মধ্যে সর্বকনিষ্ঠ ছিলেন নিখিলরঞ্জন। তাঁর স্কুলের পড়াশোনা ঢাকা কলেজিয়েট স্কুলে। এখানে তাঁর সহপাঠী ছিলেন প্রখ্যাত বিজ্ঞানী [[মেঘনাদ সাহা]]। সেখান থেকে ১৯০৯ খ্রিস্টাব্দে বৃত্তিসমেত প্রবেশিকা পরীক্ষা পাশ করে রাজশাহী কলেজ থেকে ১৯১১ খ্রিস্টাব্দে আই.এসসি পরীক্ষায় দশম স্থান অধিকার করেন। কলকাতার প্রেসিডেন্সি কলেজে অঙ্কশাস্ত্রে অনার্স পড়ার সময় তাঁর সহপাঠী ছিলেন [[সত্যেন্দ্রনাথ বসু]] ও [[মেঘনাদ সাহা]]। প্রেসিডেন্সি কলেজে তিনি গণিতের অধ্যাপক হিসাবে [[দেবেন্দ্রনাথ মল্লিক]] এবং রসায়নে [[প্রফুল্ল চন্দ্র রায়]] এবং পদার্থবিজ্ঞানে [[ জগদীশচন্দ্র বসু |জগদীশচন্দ্র বসুকে]] পেয়েছিলেন। ১৯১৩ খ্রিস্টাব্দে [[কলকাতা বিশ্ববিদ্যালয় |কলকাতা বিশ্ববিদ্যালয়ের]] অঙ্কে অনার্স পরীক্ষায় প্রথম তিনজন যথাক্রমে বোস, সাহা ও সেন। প্রেসিডেন্সি কলেজেই এঁরা তিনজন স্নাতকোত্তর অঙ্কের ছাত্র হন। ফলিত গণিতে (তৎকালীন Mixed Mathematics) সত্যেন্দ্রনাথ ও মেঘনাদ সাহা ১৯১৫ খ্রিস্টাব্দে প্রথম ও দ্বিতীয় হয়ে উত্তীর্ণ হন। নিখিলরঞ্জন পরের বছর ১৯১৬ খ্রিস্টাব্দে পরীক্ষা দিয়ে প্রথম শ্রেণীতে প্রথম হন। <ref name="সংসদ"></ref>
