しかし、彼の肉体的な制約は、彼がカナダ最高の科学者になる妨げとはならなかった。彼の父および家庭教師は、彼が病気からゆっくりと回復する間に彼の教育に必要なものを与えた。彼はその後、モントリオール高校、マックギル大学(定時制)に進学、さらに1869年にはロンドンに移って王立鉱山学校(現:インペリアル・カレッジ・ロンドン)で地質学・古生物学を学び、3年後には同期中の首席で卒業した。ドーソンは1890年にクイーンズ大学で、1891年にマックギル大学でLL.D.(Doctor of Laws - 法律学の博士号)を授与されている。
ドーソンは1872年から1876年にかけて、国境調査隊とともに西カナダの広範囲にわたる探検を行った。その結果作成された387ページにわたるリポートは、「Geology and Resources of the Region in the Vicinity of the 49th parallel from the Lake of the Woods to the Rocky Mountains, with Lists of Plants and Animals Collected, and Notes on the Fossils from the Killadeer Badlands currently part of Grasslands National Park」(森の湖(the Lake of the Woods)からロッキー山脈までの北緯49度近辺における地域の地質、植物と動物の収集リスト、および現在のグラスランド国立公園の一部であるKilladeer Badlandsから発掘された化石に関するノート)と呼ばれている。このリポートはドーソンを尊敬する科学者によって出版された。