Константин Тон обучение в академии начал в 1803 г. Учеба для девятилетнего мальчика была чрезвычайно обременительной по времени. Школьный день длился с пяти часов утра до девяти вечера. Тон, как и полагалось по уставу академии, провел в ее стенах двенадцать лет. В академии преподавали знаменитые зодчие‑классицисты. Он учился сначала у А.Д. Захарова, руководившего архитектурным классом, затем с 1809 г. у А.Н. Воронихина. Согласно правилам прохождения курса учащиеся архитектурного отделения разрабатывали по заданиям педагогов учебные проекты, лучшие из которых отмечались медалями разного достоинства. В общепринятой классической манере Тоном были выполнены первые композиции – «Великолепное и обширное здание среди сада для вмещения в нем разного рода редкостей» (1811) и «План для общественного увеселения жителей столичного города» (1812).
На старших курсах Тон получает первые награды: малую серебряную медаль за «Инвалидный дом» и большую серебряную за «Монастырь» (1813). В 1815 г. он выполняет выпускную программу «Здание Сената». Удостоившись за нее малой золотой медали, Тон окончил академию и был оставлен при ней пенсионером, войдя в число тридцати выпускников, ожидавших командировки за границу «для усовершенствования в искусствах». Ему было присвоено звание художника первого класса.
В июне 1817 г. «за недостатком способов сего заведения» академия вынуждена была предложить пенсионерам «присыскать себе приличную способностям своим службу или состояние», но Тон нашел себе работу и оставил академию еще в 1816 г. А служил художник первой степени теперь чертежником при Комитете для приведения в лучшее устройство всех строений и гидравлических работ в Санкт‑Петербурге и прикосновенных к оному местах. Этот комитет возглавлялся известным инженером А.А. Бетанкуром (автором проекта московского Манежа) и предназначался для руководства всеми крупными архитектурно‑строительными работами столицы. Здесь служили крупнейшие зодчие К.И. Росси и В.П. Стасов. Именно в тот период, когда здесь работал Тон, то есть в 1816–1818 гг., архитекторы комитета разрабатывали проекты основных ансамблей Петербурга. Работа в комитете, причастность к крупным градостроительным проектам помогли Тону освоить принципы архитектурной организации городских пространств. Это сказалось впоследствии на необыкновенной точности, позволяющей Тону вписывать свои постройки в городскую среду.
Известна одна творческая работа Тона тех лет: он спроектировал для графа Зубова оранжерею для разведения ананасов, обогреваемую паром, водогрейное устройство при этом одновременно обслуживало и прачечную.
Константин Тон не порывал связей и с академией, продолжая разрабатывать проекты по программам для соискателей академических званий. В 1817 г. президентом Академии художеств стал А.Н. Оленин – энергичный организатор и просветитель, знаток искусства, окружавший себя деятелями русской культуры. Тон попал в общество, постоянными членами которого были лучшие представители русской интеллигенции первой трети XVIII в. Жуковский, Карамзин, Крылов, ученые, художники, артисты были постоянными гостями Оленина в доме на набережной Фонтанки. Стал здесь бывать и молодой архитектор Тон.
Поддержка Оленина впоследствии оказала огромное влияние на его творческую судьбу. Достаточно упомянуть тот факт, что граф возобновил поездки пенсионеров академии в Европу. Одним из первых, кто выехал за границу, был Тон. И Оленин этому всячески способствовал. Претендуя на поездку в Италию, Тон представил на суд академии проект ярмарки, сопроводив его просьбой: если труд его «заслуживает внимания совета, удостоить его посылкою, для усовершенствования в художестве, в чужие края на казенном содержании». Шансов на поездку было немного. Однако прошло всего полгода – и в 1819 г. Тон уезжает за границу.
За границей Тон провел девять лет. Выехав из Петербурга в мае 1819 г., через Берлин, Дрезден, Вену он едет в Италию, ставшую основным местом его работы. Вместе с ним были и другие пенсионеры академии: Глинка, Гальберт, Щедрин, Басин.
В Италии Тон изучает памятники искусства Античности и Возрождения, в частности комплекс руин на Палатинском холме в Риме. Исследования античных развалин, предпринятые Тоном, позволили ему разработать проекты реставрации святилища Фортуны в Пренесте и комплекса императорских дворцов на Палатине в Риме. Создание подобных «реставраций» считалось обязательным разделом программы занятий академических пенсионеров в Италии: оно должно было способствовать лучшему усвоению законов классической композиции, которые молодым архитекторам предстояло затем использовать в проектной практике.