Imam Bukhari mulai belajar hadits saat masih muda, bahkan masih kurang dari 10 tahun. Ketika Bukhari berusia 10 tahun inilah Imam as-Syafi'i di Mesir itu meninggal, tepatnya pada tahun 204 H. Maka praktis Bukhari tak pernah bertemu dengan Imam as-Syafi'i.
Imam Bukhari diberikan kecerdasan yang luar biasa oleh Allah SWT. Imam Bukhari pernah mengatakan : Saya mendapatkan ilham untuk mudah menghafal hadits, saat itu saat masih di Kuttab (tempat belajar baca tulis), saat usia 10 tahun atau kurang".
Setahun kemudian ia mulai menghafal hadis Nabi SAW. Pernah suatu ketika saat beliau berusia 11 tahun, mengoreksi salah seorang ulama hadits bernama adDakhili saat meriwayatkan hadits. Ad-Dakhili meriwayatkan hadits dengan jalur sanad: dari Sufyan dari Abu az-Zubair dari Ibrahim. Lantas Muhammad bin Ismail berkata: "Itu bukan Abu az-Zubair".
Ad-Dakhili terkejut dan cukup marah dengan koreksian dari anak usia 11 tahun. Ad-Dakhili meminta menunjukkan kesalahannya.
Muhammad bin Ismail berkata; "Coba lihatlah sumber aslinya, jika punya. Abu az-Zubair tak meriwayatkan dari Ibrahim. Bukan Abu az-Zubair yang meriwayatkan dari Ibrahim, tapi az-Zubair bin 'Adi dari Ibrahim."
Maka, ad-Dakhili memverifikasi ulang dan ternyata benar apa yang dikatakan oleh Muhammad bin Ismail kecil itu. Maka beliau mengoreksi ulang haditsnya".
Imam Bukhari diakui memiliki daya hapal tinggi, yang diakui oleh kakaknya Rasyid bin Ismail. Kakak sang Imam ini menuturkan, pernah Bukhari muda dan beberapa murid lainnya mengikuti kuliah dan ceramah cendekiawan Balkh.
Tidak seperti murid lainnya, Bukhari tidak pernah membuat catatan belajar. Ia sering dicela membuang waktu karena tidak mencatat, namun Bukhari diam tak menjawab.
Suatu hari, karena merasa kesal terhadap celaan itu, Bukhari meminta kawan-kawannya membawa catatan mereka, kemudian beliau membacakan secara tepat apa yang pernah disampaikan selama dalam kuliah dan ceramah tersebut. Tercenganglah mereka semua, lantaran Bukhari ternyata hafal di luar kepala 15.000 hadits, lengkap dengan keterangan yang tidak sempat mereka catat
Imam Bukhari pernah berkata: “Saya tidak akan meriwatkan hadis yang ku terima dari sahabat dan tabi’in, sebelum aku mengetahui tanggal kelahiran, hari wafatnya dan tempat tinggalnya. Aku juga tidak akan meriyatkan hadis mauquf dari sahabat dan tabi’in, kecuali ada dasarnya yang kuketahui darikitabullah dan sunnah Rasulullah صلى الله عليه وسلم.
Al-Allamah Al-Aini Al-Hanafi berkata, “Imam AlBukhari adalah seorang yang hafizh, cerdas, cerdik dan cermat. Ia memiliki kemampuan menjelaskan dengan jeli, kemampuan mengingatnya sudah masyhur dan disaksikan para ulama yang tsiqah.
Pada usia 16 tahun, Imam Bukhari telah menghafal banyak kitab ulama terkenal, seperti Ibn Al-Mubarak, Waki’, dan sebagainya.
Imam Bukhari tidak berhenti pada menghafal hadis dan kitab ulama awal, tapi juga mempelajari biografi seluruh periwayat yang ambil bagian dalam periwayatan suatu hadis, tanggal kelahiran dan wafat mereka, tempat lahir mereka dan sebagainya.
Muhammad bin Hatim Warraq Al-Bukhari rahimahullah menceritakan, “Aku bermimpi melihat Bukhari berjalan di belakang Nabi shallallahu ‘alaihi wa sallam. Setiap kali Nabi mengangkat telapak kakinya maka Abu Abdillah (Bukhari) pun meletakkan telapak kakinya di situ".