19. yüzyılda medreselerin durumu fazla değişmedi. Sıbyan mektepleri düzenlenerek yeni tarz okulların ilk kademesi olarak eğitim sistemindeki yerini aldı. Ayrıca, kadı yetiştirmek üzere yeni bir kadı mektebi (Mekteb-i Nüvvab) açıldı. Böylece geleneksel eğitim sisteminde mevcut düzen muhafaza edilmekle beraber bazı yenilikler de yapılmış oldu. Değişen ihtiyaçlara cevap vermek üzere medreselerin dışında yeni usulde eğitim veren bazı mektepler açıldı ve 1857’de kurulan Maarif Nezareti’ne bağlandı. Böylece, eğitim işleri yavaş yavaş şeyhülislâmlığın yönetiminden çıkarak hükümetin kontrolüne girmeye ve seküler bir mahiyet kazanmaya başladı.

İlmiye terimi, fetva müessesesinde, kaza müf­tüsünden şeyhülislâma; orduda, alay imamından alay müf­tüsüne; sarayda, hekimbaşılıktan, müneccimbaşı, padişah imamlığı ve hocalığına; eğitim sisteminde, talebeden müderrise; yargıda, nahiye naibinden kaza kadısı, mevleviyet kadıları ve kadıaskerlere kadar geniş bir yelpazeyi ifade ederdi. Bunlardan ilmiye ricali de denilen üst düzey ulema, Anadolu ve Rumeli kadıaskerleri ile payelileri, İstanbul kadıları ile payelileri ve Haremeyn payelilerinden oluşurdu.

30 Mart 1838 tarihinde şer’i davaların asıl yetkilisinin şeyhülislâm olduğu düşüncesinden hareketle Arz Odası Murafaasının Fetvahane’ye nakli kararlaştırıldı. Böylece ilmiye hemen hemen tüm birimleriyle yetki ve sorumluluk alanı genişleyen şeyhülislâmın denetimi altına girdi ve vakıf­ların idaresi hariç yargı ve fetva gibi tüm şer’i işlerin nazırı şeyhülislâm oldu. 

5 Nisan 1855’te kadılık sistemine yeni bir şekil verecek üç temel düzenleme yapıldı. Bu düzenlemeleri uygulamak üzere de kadıaskerliklerden bağımsız olarak şeyhülislâmlıkta Meclis-i İntihab-ı Hükkâm isimli bir birim oluşturuldu. Ayrıca, 17 Ağustos 1855’te naip olacaklara yeterli bilgi donanımını kazandırabilmek amacıyla, Süleymaniye Camii yakınında devlet memuru yetiştirmek üzere daha önce kurulmuş olan Mekteb-i Ulûm-i Edebiyye, Muallimhane-i Nüvvab’a dönüştürüldü. 

Bu okullar askeri mektepler, ilk ve orta öğretim okulları, mesleki eğitim okulları, özel statülü mektepler, Darülfünun ve gayrimüslim cemaatlerle yabancıların açtıkları okullardır. 

Osmanlı ordusuna mühendis ve teknik personel yetiştirmek için  Mühendishane-i Bahri-i Hümayun ve Mühendishane-i Berri-i Hümayun adlı yeni usulde eğitim veren okullar açıldı. Ordunun hekim ve cerrah ihtiyacını karşılayan, tıp ve eczacılık eğitimi veren Mekteb-i Tıbbiye açıldı. Ordu için bando takımı oluşturulması ve bu birime eleman yetiştirmek üzere Musika-i Hümayun mektebi açıldı. Ordunun subay ihtiyacının karşılanması amacıyla Mekteb-i Harbiyye açıldı. 

Eğitim işleri şeyhülislâmlığın ve dolayısıyla ulemanın kontrolünde olduğu için problem çıkarmak istemeyen II. Mahmud ve Tanzimatçılar mümkün mertebe bu konulara ilişmemeye gayret ettiler. Ancak, reformların başarısı onları uygulayacak insanların varlığına bağlı olduğu için Sultan Abdülmecid’in uyarısı üzerine 1845 yılında kurulan geçici komisyon, ilk, orta ve yüksek eğitim olmak üzere eğitim işlerini üç kategoride ele alıp bir reform programı hazırladı. 1857’de de Maarif-i Umumiyye Nezareti’nin kurulmasıyla birlikte eğitim konusu şeyhülislâmın denetiminden hükümetin kontrolüne geçerek seküler bir mahiyet kazanmaya başladı. 

Bu nizamnameyle, İstanbul’da ve vilâyetlerde kurulacak olan maarif sandıklarıyla eğitimin finansmanının sağlanması; sıbyan mekteplerinin ilköğretimi, rüştiyelerin ortaöğretimi, idadi ve sultanilerin liseyi ve Darülmuallimin, Darülmuallimat ve Darülfünun’un da yüksek eğitimi oluşturması; ayrıca, özel okulların açılması kararlaştırıldı. Aşamalı olarak hayata geçirilen bu düzenleme Osmanlı eğitim sisteminin temelini oluşturdu.

Ekonomisi tarıma dayalı Osmanlı Devleti'nde, İstanbul’da açılan basma fabrikası için işlenecek iyi cins pamuk ve bunu işleyecek kalifiye eleman ihtiyacını karşılamak üzere Ziraat Mektebi kuruldu. Ayrıca hükümet, ormanların işletilmesi amacıyla kurslar düzenleyerek Orman Mektebi'ni, daha sonra da madencilik eğitimi veren Maadin Mektebi'ni kurdu. 1880’de Orman Mektebi ile Maadin Mektebi birleştirilerek Orman ve Maadin Mektebi adını aldı. Uygun bürokratları yetiştirmek ve özellikle de kaymakamlık ve müdürlük gibi görevlerde istihdam etmek amacıyla Mekteb-i Mülkiyye okulu açıldı. Ordunun giysi ihtiyacını karşılamak amacılya Sanayi Mektepleri açıldı. 

1868’de farklı din ve mezheplerdeki tebaanın çocuklarının beraberce okuyacakları bir okul projesine yönelik olarak Mekteb-i Sultani açıldı. Mektep mezunlarının istediği memuriyete girebilmesi ve Hendesehane, Tıbbiye ve Bahriye gibi yüksek mekteplere devam edebilmesi kararlaştırıldı. Eğitim dili Fransızca, bazı dersler ise Türkçeydi. Ayrıca Latince, Grekçe ve Bulgarca da seçmeli ders olarak okutulmaktaydı.

16 Mart 1865 tarihinde, kimsesiz ve fakir çocukları eğitmek, İslâm dini ve ibadetlerle ilgili pratik bilgileri vermek amacıyla kurulan Cemiyet-i Tedrisiyye-i İslâmiyye’ye talebin fazla olması nedeniyle, Sakızlı Esad Paşa, Fransa’daki Prytanee de la Fleche örneğinde bir okul açılmasını önerdi. Bu teklif benimsenerek mektebin 25 maddelik içtüzüğü hazırlandı ve Müslüman yetim çocukların eğitiminin gerçekleştirileceği Darüşşafaka okulu kuruldu. 

Mektebin 25 maddelik içtüzüğüne göre, 15 yaşından küçük kimsesiz erkek çocukların okulda yatılı okuması ve kız öğrenciler için ise, dikiş, nakış, ev yönetimi ve müzik derslerinin verilmesi kararlaştırıldı. Okul, bilim ve fen olarak iki şubeye ayrıldı. Mühendislik, makinecilik ve mimarlık gibi dersler müfredata eklendi. Yetim çocuklar Darüşşafaka’da ücretsiz okumaktaydı. 

Sultan Abdülmecid döneminde, 1845’te oluşturulan Meclis-i Muvakkat’ın faaliyetleri sonucunda yaptığı önerilerden birisi de bir Darülfünun’un (üniversite) açılmasıydı. Bunun üzerine İstanbul’da Topkapı Sarayı bitişiğindeki Cephane Kışlası ile buradaki arsalar Darülfünun binası için tahsis edildi. Binanın tamamlanmasının gecikmesi üzerine 1863’te Darülfünun’un bir salonunda Pazartesi ve Perşembe günleri halka açık konferanslar şeklinde eğitime başlandı. 

Çıkan bir yangında kül olan ahşap konakla birlikte Darülfünun’un 4.000 ciltlik kütüphanesi yok olduğu gibi, konferanslara da ara verildi.

1869 Maarif-i Umumiyye Nizamnamesinde Darülfünun’a geniş yer ayrıldı. Felsefe ve Edebiyat, Hukuk, Doğal Bilimler ve Matematik olmak üzere üç bölümden oluşacak olan Darülfünun’un nazırlığına Tahsin Efendi atandı. Yapılan sınav neticesinde 450 öğrencinin kaydı yapıldı. 1870 Şubatında törenle eğitime başlayan Darülfünun’da bir yandan dersler bir yandan da halka yönelik olarak konferanslar sürdürüldü. Ancak bu ikinci girişim de başarısız oldu ve bir süre sonra derslere son verildi.

1856 Islahat Fermanı, gayrimüslimlerin askeri ve sivil okullara kabul edilmelerine imkân tanıdı. İsteyen her cemaat farklı alanlarda okullar açabilirdi.

Bu okullarla ilgili kuralları düzenleyen nizamname, 1869 Maarif-i Umumiyye Nizamnamesi'dir. Buna göre, Mekatib-i Hususiyye olarak tanımlanan bu okulların Maarif Nezareti’ne bağlanıp masraf­larının kendi cemaatlerince karşılanması, ders müfredatlarının genel ahlâka ve devletin politikalarına aykırı olmaması ve eğitim dilinin ise kendi cemaat dili olması öngörülmüştür.

Bizans bakiyesi olan ve fetihten sonra da varlığını sürdüren Fener Rum Okulu, Rumların en önemli eğitim kurumu idi. Rum ileri gelenleri çocuklarını burada okuturdu. III. Selim devrinde 1805’te kurulan Kuruçeşme Rum Okulu’nda, dil, edebiyat ve matematik bölümleri vardı; daha sonra bir tıp bölümü kuruldu. Tıp bölümünün açılmasına dair iradede Osmanlı ordu ve halkı için faydalı olacağına vurgu yapılmaktaydı. Eğitim dili Rumca olan okul, Rum isyanından sonra kapatıldı.

Bu okulun amacı Ortodokslar arasında dini kurallar ve ibadet noktasında birlik oluşturmak ve Fener Rum Patrikhanesi’ne bağlı kiliselere din adamı yetiştirmekti. Heybeliada Ruhban Okulu, 1844’ten itibaren Helenlik düşüncesine hizmet eden bir anlayışı benimsedi.

Bir yandan kutsal yerler üzerinde dini nüfuz oluşturma çabaları devam ederken, bir yandan da özellikle 19. yüzyılda devletin uğradığı zaaf­ların da etkisiyle, büyük devletlerin gayrimüslim Osmanlı unsurlar üzerinde etkili olma mücadelesi sürmekteydi. Bu mücadelenin önemli bir parçasını eğitim ve misyonerlik faaliyetleri oluşturduğu için Osmanlı coğrafyasında pek çok Fransız, İngiliz, Amerikan, Avusturya, Alman ve İtalyan okulu açıldı.