Educação e início de carreira
Fleming foi o sétimo de oito filhos de um agricultor escocês das colinas (terceiro de quatro filhos da segunda esposa do agricultor). A educação do seu país no sudoeste da Escócia aguçou as suas capacidades de observação e apreciação do mundo natural numa idade precoce. Começou a sua escolaridade elementar em Loudoun Moor e depois mudou-se para uma escola maior em Darvel antes de se inscrever na Academia Kilmarnock em 1894. Em 1895 mudou-se para Londres para viver com o seu irmão mais velho Thomas (que trabalhava como oculista) e completou a sua educação básica no Regent Street Polytechnic.
Depois de ter trabalhado como oficial de bordo em Londres, Fleming começou os seus estudos médicos na St. Mary’s Hospital Medical School em 1901, financiados por uma bolsa de estudo e um legado do seu tio. Aí ganhou a medalha de ouro de 1908 como estudante de medicina de topo na Universidade de Londres. No início, planeou tornar-se cirurgião, mas uma posição temporária nos laboratórios do Departamento de Inoculação do St. Mary’s Hospital convenceu-o de que o seu futuro estava no novo campo da bacteriologia. Ali ficou sob a influência do bacteriólogo e imunologista Sir Almroth Edward Wright, cujas ideias de terapia vacinal pareciam oferecer uma direcção revolucionária no tratamento médico.
Entre 1909 e 1914 Fleming estabeleceu uma clínica privada de sucesso como venereólogo, e em 1915 casou com Sarah Marion McElroy, uma enfermeira irlandesa. O filho de Fleming, Robert, nascido em 1924, seguiu o seu pai na medicina. Fleming foi um dos primeiros médicos na Grã-Bretanha a administrar arfenamina (Salvarsan), uma droga eficaz contra a sífilis que foi descoberta pelo cientista alemão Paul Ehrlich em 1910. Durante a Primeira Guerra Mundial, Fleming teve uma comissão no Royal Army Medical Corps e trabalhou como bacteriologista estudando infecções de feridas num laboratório que Wright tinha instalado num hospital militar alojado num casino em Boulogne, França. Aí demonstrou que o uso de anti-sépticos fortes em feridas fazia mais mal do que bem e recomendou que as feridas fossem simplesmente mantidas limpas com uma solução salina suave. Fleming regressou a St. Mary’s após a guerra e foi promovido a director adjunto do Departamento de Inoculação. Anos mais tarde, em 1946, sucedeu a Wright como director do departamento, que passou a chamar-se Instituto Wright-Fleming.
Em Novembro de 1921 Fleming descobriu a lisozima, uma enzima presente nos fluidos corporais como a saliva e as lágrimas que tem um efeito anti-séptico suave. Esta foi a primeira das suas maiores descobertas. Surgiu quando teve uma constipação e uma gota do seu muco nasal caiu sobre uma placa de cultura de bactérias. Percebendo que o seu muco poderia ter um efeito no crescimento bacteriano, ele misturou o muco na cultura e algumas semanas mais tarde viu sinais de que as bactérias tinham sido dissolvidas. O estudo da lisozima de Fleming, que ele considerou o seu melhor trabalho como cientista, foi uma contribuição significativa para a compreensão de como o corpo combate a infecção. Infelizmente, a lisozima não teve qualquer efeito sobre as bactérias mais patogénicas.