Fatou entered the École Normale Supérieure in Paris in 1898 to study mathematics and graduated in 1901 when he was appointed an intern (stagiaire) in the Paris Observatory.
Fatou startede på École Normale Supérieure i Paris in 1898 for at studere matematik og blev færdig i 1901, hvorefter han blev udpeget til at være observatør (stagiaire) i Paris Observatorium.