หม่อมราชวงศ์จักรทอง ทองใหญ่ ได้เข้าเรียนศึกษาที่โรงเรียนนายร้อยทหารบก จนจบชั้นประถม 3 จนในปี พ.ศ. 2467 ท่านได้ตามครอบครัวไปเริ่มใช้ชีวิตในประเทศฝรั่งเศส โดยเข้าศึกษาต่อที่โรงเรียนบุฟฟง เป็นเวลา 3 ปี จนจบชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 5 โดยหม่อมเจ้าทองฑีฆายุ ทองใหญ่ พระบิดาได้ฝากหม่อมราชวงศ์จักรทอง ไว้ในความดูแลของนายเบรองเจ พระสหายสนิท จนในปี พ.ศ. 2470 หม่อมราชวงศ์จักรทอง ย้ายตามนายเบรองเจที่ถูกย้ายไปทำงานที่ซานฟรานซิสโก สหรัฐอเมริกา และทำการศึกษาต่อที่นั่นจนจบชั้นมัธยมที่ 7 และได้กลับมาศึกษาต่อที่ประเทศไทย ที่โรงเรียนมัธยมวัดเทพศิรินทร์เป็นเวลาครึ่งปี จนศึกษาจบชั้นมัธยมที่ 8 และสอบเข้าศึกษาเตรียมแพทย์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย เป็นเวลา 1 ปี ก็ได้ทุนหลวงจากพระบาทสมเด็จพระปกเกล้าเจ้าอยู่หัว เข้าศึกษาต่อในมหาวิทยาลัยคอร์แนล สาขากีฏวิทยา ซึ่งท่านได้ใช้วิชาการที่ได้ศึกษามารับราชการในประเทศไทย จนไปถึงระดับสูงสุดของข้าราชการ คือเป็นปลัดกระทรวงเกษตรและสหกรณ์ ในช่วงปี พ.ศ. 2504 จนถึงปี พ.ศ. 2513 ก่อนจะได้รับการทาบทามเป็นรัฐมนตรีว่าการกระทรวงเกษตรและสหกรณ์ ในปี 2514 และได้รับแต่งตั้งเป็นสมาชิกสภานิติบัญญัติแห่งชาติ ในปี พ.ศ. 2516 และเป็นสมาชิกวุฒิสภา ในปี พ.ศ. 2518
