Маленький Ваня сначала получал начальное домашнее образование, изучая предметы из курса Морского кадетского корпуса в Петербурге, куда принимали только детей дворян. В 1839 г. 13-летний Иван Лихачёв был определён на учёбу в этот корпус (ныне это Морской корпус Петра Великого – Санкт-Петербургский военно-морской институт). Ко времени поступления сюда Ивана Лихачёва корпус имел уже более чем вековую историю.

В 1826 г. император Николай I провёл в корпусе преобразования: в организационном отношении корпус был приравнен к флотскому экипажу батальонного состава, имевшему гардемаринскую, три кадетских и вновь учреждённую резервную, или малолетнюю, роту для впервые принимаемых воспитанников 10–12 лет. Штат каждой роты составлял 101 человек.

1827 г. при корпусе был организован офицерский класс. Назначение на должность директора выдающегося мореплавателя, исследователя и флотоводца Ивана Фёдоровича Крузенштерна благотворно сказалось на всех сторонах жизни корпуса: в нём преподавали лучшие специалисты, быстро росло число книг в библиотеке. В столовом зале была установлена модель героического брига «Наварин» в половину натуральной величины – это позволяло проводить морскую подготовку кадетов даже зимой. Вместе с другими воспитанниками корпуса И.Ф. Лихачёв ходил в Финском заливе на фрегате «Паллада».

Годы учения пролетели быстро, и осенью 1843 г. Иван Лихачёв, которому шёл восемнадцатый год, был произведён из гардемарин в первый офицерский чин – мичмана. Однако на флот он попал годом позже: как лучшего выпускника его оставили в офицерском классе, где он совершенствовался во флотских науках (в наши дни это Военный учебно-научный центр «Военно-морская академия имени адмирала флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова»). Вся дальнейшая служба И.Ф. Лихачёва – лучшее свидетельство тому, что наука пошла ему впрок.