Ayahnya mulai mengajarinya bahasa Latin ketika dia berusia tujuh tahun dan segera menambahkan bahasa Yunani, Prancis, dan Jerman ke dalam kurikulumnya. Pendidikan Hamilton dilanjutkan di Miss Porter's School di Farmington, Connecticut, dan di Bryn Mawr College dekat Philadelphia, Pennsylvania, dan lulus pada tahun 1894 dengan gelar M.A. Tahun berikutnya, dia dan saudara perempuannya, Alice, pergi ke Jerman dan menjadi mahasiswi di Munich dan Leipzich. Hamilton kembali ke Amerika Serikat pada 1896 dan menerima posisi kepala sekolah di Bryn Mawr Preparatory School di Baltimore, Maryland. Selama 26 tahun berikutnya, dia mengarahkan pendidikan sekitar 400 anak perempuan per tahun.