تحصیلات شهید بابائی، دوران تحصیلات ابتدایی خود را در دبستان دهخدا سپری کرد و دوران متوسطه را نیز در دبیرستان نظام با موفقیت به پایان می‌رساند. پس از اخذ دیپلم، با شرکت در کنکور سراسری در رشته پزشکی پذیرفته می‌شود ولی به دلیل این که به خلبانی علاقه وافری داشت، از آن انصراف داده و در سال 1348 وارد دانشکده خلبانی نیروی هوایی می شود. همانند دیگر خلبانان نیروی ‌هوایی پس از گذراندن دوره مقدماتی پرواز، جهت تکمیل خلبانی و گذراندن دوره پیشرفته، به کشور آمریکا اعزام می‌شود. یکی از هم­دوره­‌ای‌­های شهید بابایی بیان می­­‌کند: «در دوران تحصیل آموزش خلبانی در آمریکا، روزی در بولتن خبری پایگاه آموزشی «ریس» که هر هفته منتشر می­شد، مطلبی نوشته شده بود که توجه همه ما را به خود جلب کرد. مطلب این بود: دانشجو بابایی ساعت ۲ بعد از نیمه شب می­‌دود تا شیطان را از خود دور کند. من و بابایی هم‌اتاق بودیم. ماجرای خبر بولتن را از او پرسیدم». او گفت: «چند شب پیش بی‌­خوابی به سرم زده بود. رفتم میدان چمن پایگاه و شروع کردم به دویدن. از قضا کلنل «باکستر» فرمانده