1924年，林徽因跟准丈夫梁思成一起远赴美国就读于宾夕法尼亚大学。她本来想和梁思成一起学建筑，可当时该校建筑系不收女生。不过，美术系和建筑系同属美术学院，林徽因就选择“曲线救国”，上美术系，选修建筑学课程。
当时美国学生都认为中国留学生非常刻板，但是林徽因是个例外。因为长得好看，生性开朗，加上曾经在英国生活过1年多，她很快就融入美国社会，成了中国留学生学生会社会委员会委员。并且她还在圣诞卡设计大赛中获奖，从1926年春季开始，林徽因就开始为建筑设计这门课担任助教。
一个叫比林斯的美国同学在1926年1月17日的《蒙塔纳报》上发表了一篇文章，稳重就有描写林徽因的片段：“她坐在靠近窗户能够俯视校园中一条小径的椅子上，俯身向一张绘图桌。她那瘦削的身影匍匐在那巨大的建筑习题上……她的作业总是得到最高的分数或偶尔得第二。她不苟言笑，幽默而谦逊，从不把自己的成就挂在嘴边。”
1925年，林徽因的父亲林长民去世。林徽因悲痛之余，担心家里失去经济来源，就难以安下心去学习，打算回国。这时，梁家伸出了援手。梁启超在给梁思成的信中说：“徽音留学总要以和你同时归国为度，学费不成问题，只算我多一个女儿在外留学便了。”
在梁家的帮助下，林徽因才算度过了精神和生活的双重难关。1927年9月，林徽因获得了美术学士学位，同时转入耶鲁大学戏剧学院学习舞美，这是我国第一位学习该专业的留学生。
