محمد رضا عارف در کنکور سراسری ریاضی ۱۳۴۹ رتبهٔ دوم کشوری را کسب کرد و در رشته مهندسی برق دانشکدهٔ فنی دانشگاه تهران مشغول به تحصیل شد.

او در سال ۱۳۵۴ با معدل ۳٫۹۱ از ۴ فارغ التحصیل شد. در همین سال با استفاده از بورس تحصیلی دانشگاه صنعتی اصفهان به امریکا رفت.

در سال ۱۳۵۵ مدرک کارشناسی ارشد و در سال ۱۳۵۹ مدرک دکترای خود را در رشتهٔ برق مخابرات با معدل چهار از چهار به سرپرستی تامس ام. کاور از دانشگاه استنفورد دریافت کرد.

او در تز دکترای خود به بررسی شبکه‌های غیر حلقوی که در فرستنده‌ها لینکهای قطعی پخش کننده بدون هیچ تداخل در گیرنده‌ها دارند پرداخت. چنین شبکه‌هایی شبکه‌های عارف نامیده می‌شوند.  زمینه تحقیقاتی او نظریه اطلاعات و رمزنگاری است.