1565年6月15日，布鲁诺想到大学去深造，但是由于家境贫寒，不仅没钱进入意大利的名牌大学，也无力在本地的那不勒斯大学就读。求学心切的布鲁诺，只好进人圣多米尼克修道院，作为一名见习修土，他取道名乔尔丹诺·布鲁诺。接纳他的是当时修道院院长，一位名叫安布罗琪奥·帕斯库阿大师的神父。翌年按期转正，他在这里一直待到1576年，度过了为期11年的僧侣生活。
圣多米尼克修道院极为富有，不但在意大利首屈一指，就是在全欧洲也是久负盛名的。修道院规模很大，全院约有200名僧侣，其中包括见习修士（学徒）、学校学生、教师、神学教授，当权的上层分子和宗教裁判官。这所修道院保持了经院哲学的学术传统，其主要任务是为教会培养神学家。该院的图书馆十分宏伟，是欧洲藏书最丰富的图书馆之一。
年轻的布鲁诺本来生性勤奋好学，求知若渴。进人圣多米尼克修道院后，在修道院的图书馆里，他熟读了哲圣亚里士多德的著作，犹太、阿拉伯、基督教的学者注释亚里士多德的著作，还读了许多著名哲学家、科学家的著作及喜剧家和诗人的作品。他博览群书，通晓各种学问。在学习过程中，布鲁诺表现出惊人的记忆力，对一些警句及精彩的章节，看后可以倒背如流。他还能滚瓜烂熟地背诵86首赞美诗。圣多米尼克僧团曾把他作为见习修士中的佼佼者引见给教皇。在修道院里，布鲁诺还置教会的禁令于不顾，大胆地阅读了许多进步书籍，其中有许多禁书，从而使他深受进步思想的影响，并逐渐形成了他与教会对立的世界观，他的思想和言行始终与教会格格不入，在修道院生活中也屡屡违犯教规。
布鲁诺从18岁（1566）起，便开始反对崇拜圣像。有一次他竟把圣像从他的僧房里扔了出去，这一举动立刻在修道院中引起了一场轩然大波，布鲁诺也因此受到严厉的谴责。还有一天，布鲁诺看见一个见习修道士在很用心地阅读一本荒谬无聊的圣母七喜的小说，便奉劝他别白白浪费时间，应该去读点有用的东西，这也被僧侣们指责为冒犯圣母的狂妄行为。这次，幸亏老院长安布罗琪奥因其勤奋好学，对他只规劝一番了事。否则后果不堪设想。
布鲁诺进入修道院后不久，就开始对三位一体的宗教又产生了怀疑。他不相信一个上帝会有三个化身，并提出上帝与自然等同的观点。把上帝的永恒性、无限性等特点搬到自然身上，这是他后来有关物质永恒、宇宙无限、物质本身自我运动等观点的萌芽。
16世纪，意大利教会的教士成分是十分复杂的，其中不乏一些满嘴仁义道德，实际男盗女娼之徒。他们中有忏悔室里犯罪的神父，有道貌岸然酣嗜同性的主教，有担心鼠疫染身而及时寻欢作乐的修女，还有秃了顶仍奸污幼女的败类。布鲁诺对这类人物深恶痛绝，他在《印迹的印迹》一文中写道：“他们（指僧侣）当中的大多数人却逃避劳动，逃避按照人的本性所应该做的事情，而沉湎于无所事事，饕饕暴食的生活，只有为数极少的人才把真正的灵魂美当做追求的目标。所以，如你所看到的，他们都不再与那些从事有益职业的人们交往。如果这样的人出现在他们中间，那形同犯罪的、龌龊的、心怀嫉妒的大多数就会向他们猛扑过去。甚至他们当中最知名的人物，他们的博士，由于不正当地利用闲散日子，而变成了卑鄙透顶的寄生虫。他们力图破坏人类的和民间的团结，他们教导人们肆无忌惮地行凶作恶，相信一些莫名其妙的龌龊臆想……我认为，秉公而论，应该把他们作为我们这个世纪的祸害，作为毛虫和蝗虫，加以灭绝，作为蝎子和毒蛇，斩尽杀光。”可见布鲁诺对这些人恨之入骨，欲除之而后快。正是这些教会人士中的败类，在社会上为所欲为，祸国殃民，造成了极坏的影响。当时的人们，其中包括教会的权威，曾把男修道院描述为盗匪的巢穴，把女修道院描述为妓院。
布鲁诺的师兄弟中，就有很多人不学无术，酗酒、打架、寻花问柳、放荡无度。对他们的丑恶行径，布鲁诺看在眼里，恨在心头，由此引起了他对圣多米尼克僧团的极端鄙视和仇恨。他在他的拉丁文著作《劝说术》中指出：“谁提到僧侣，他就是用这个词表示迷信，表示吝啬与贪婪的化身，表示假仁假义的活现以及一切恶行的总和。如果你想用一个词来表达这一切，那就请说：‘僧侣’。”目睹师兄弟们的放荡行为，布鲁诺多次给予无情地痛击，由此引起他们对布鲁诺的强烈不满。有些人还暗地里收集布鲁诺的黑材料，把布鲁诺平时的异端言行一一记下来，向修道院院长添枝加叶地汇报，因此布鲁诺的处境十分困难。
在修道院复杂的生活环境中，布鲁诺从不随波逐流，而是排除各种不良干扰，潜心研读。凭借顽强不息的自学，他掌握了极丰富的知识。为他日后的发明创造、著书立说打下了十分坚实的基础，乃至后来成为知识渊博、闻名全欧的著名学者。
在圣多米尼克修道院，布鲁诺按当时的规定完成了学业。学习拉丁语和《圣经》两年，学习逻辑学两年，学习自然科学两年，而修神学则用了4年。他在结业前进行博士论文写作时，老师给他出的两个题目是：一、“凡有箴言大师所说的皆为真理”；二、“凡是《反异教大全》（即托马斯·阿奎那所著的《神学大全》）中所述的都是真理”。题目本身明显地表示只能说是，并给予论证，而不容有任何怀疑。1576年，28岁的布鲁诺克制内心的痛苦，违心地完成论文，顺利地通过了答辩，取得了神学博士学位。可从想象，凭布鲁诺的才华，假如当初按着教会的调子去干，顺从教会的意图行事，肯定会青云直上，前途无量的，甚至会成为教会显贵。因为他是修道院有名的高才生，当时，天主教的最高学府——罗马明哲学院正好需要一批优秀人才，布鲁诺的入选是毫无问题的。以往，这个修道院的不少道士，平步青云，有的当上了大学教授，有的成为修道院学校的校长，有的成了大主教，有的成了教会显要人物。然而，布鲁诺却丝毫不为高官厚禄所动，他宁可为科学、为真理而艰苦奋斗。也不愿做追名逐利的宗教新贵，更不愿成为一个宗教的卫士。
有一天，僧团中一位受人尊崇的神学家阿古斯提·达·蒙塔尔齐诺，发起组织一次辩论会，题目是对公元4世纪的“异端分子”亚历山大的修道士阿里安展开批判。当时阿里安曾激烈反对三位一体的宗教教义，被教会视为异端分子。在辩论会上，阿古斯提首先发言，在发言中他肆意贬低阿里安，歪曲阿里安的思想，把阿里安说成根本不懂基本概念的无知之徒，说他“思想简单，无知而且狂妄”。这种对异教徒的指责在当时即使再过分也被视为正常，而且会受到当局的赞扬。可是人们万万没有料到，他的话刚刚讲完，布鲁诺竟走向辩台，大胆地当场向这位权威人士提出挑战，替阿里安辩解。他指责阿古斯提在发言中完全歪曲了阿里安的思想。提出：“阿里安思想敏锐，观点明确，他对三位一体的宗教教义的批判是有道理的。他的历史地位，不亚于教会神父。只是到了后来，教会神甫们用自己的权力，极力歪曲阿里安的观点，这是很不明智的作法，也是很不公正的。”布鲁诺的发言引起了极大的震动，会场因而大乱。他刚一讲完，那些顽固的僧侣们就一哄而上，疯狂地对布鲁诺进行围攻，谩骂，乃至拳脚相加。个别极端分子甚至大喊道：“烧死他，烧死他！”在几位有正义感的僧侣的帮助下，布鲁诺才得以走出重围，回到僧房。辩论会不欢而散。
回到自己的僧房已是深夜时分了，布鲁诺深知这次自己闯下大祸，意识到已无法在这里继续待下去了。正在这时，他的一个朋友来找他，悄悄地告诉他说：“赶快逃走吧，教会僧侣们很快就要来抓你了。他们要把你送往宗教裁判所，到那儿不是被判死刑，就是流放做苦役。”情况十分紧急，布鲁诺只好简单收拾一下行装，连夜出走，逃出圣多米尼克修道院。
布鲁诺逃走的当天，他的僧房便被查抄。他们查出德国人文主义学者伊拉斯谟作注的图书多种及其他一些被视为异端学说的著作，这些著作大都对教会和罗马教皇的世俗权力进行了谴责，对教会聚敛财富和僧侣的虚伪进行了无情的抨击。这些著作已被教会列为禁书，仅窝藏禁书一罪，布鲁诺便可被定为异端分子了，何况宗教裁判所还拼凑了几十条罪状呢！
