Stanford didirikan oleh raja kereta api, Gubernur California, Senator dan Pimpinan Partai Republik Leland Stanford dan istrinya, Jane Stanford. Universitas ini diberi nama untuk menghormati anak tunggal mereka, Leland Stanford, Jr. yang meninggal dunia karena tipus hanya beberapa hari menjelang ulang tahunnya yang ke-16. Pada pagi hari kematian anak mereka, Leland Sr. konon berkata kepada istrinya, “Anak-anak di California akan menjadi anak-anak kita.” dan mereka segera memutuskan untuk mencari cara yang abadi untuk mengenang anak tercinta mereka.

Keluarga Stanford mengunjungi beberapa Universitas besar di timur untuk mengumpulkan ide. Sebuah legenda, tersebar luas di internet tetapi tidak benar, menggambarkan pasangan Stanford sebagai orang desa yang memutuskan untuk membangun Universitas sendiri setelah ditolak penawarannya untuk menghadiahkan sebuah gedung kepada Harvard. Mereka memang mengunjungi Presiden Harvard tetapi diterima dengan baik dan diberi saran-saran cara memulai sebuah Universitas di California. Sejak awal mereka membuat beberapa pilihan non tradisional: universitas akan campuran, di saat kebanyakan laki-laki semua; non-Agama, ketika sebagian besar terkait dengan organisasi keagamaan dan praktis terus terang, menghasilkan "warga negara yang berbudaya dan berguna" ketika sebagian besar hanya peduli dengan pendahulunya.

Masyarakat setempat dan orang-orang yang berafiliasi dengan universitas ini menyebut sekolah ini sebagai Peternakan, yang merujuk kepada kenyataan bahwa universitas ini terletak di lokasi bekas peternakan kuda Leland Stanford.

Dana pembangunan universitas ini ditulis pada 11 November 1885 dan diterima oleh Dewan Pengurus pertama universitas ini pada 14 November. Peletakan batu pertamanya dilakukan pada 14 Mei 1887 dan universitas ini secara resmi dibuka pada 1 Oktober 1891. Ramalan surat kabar New York bahwa Profesor Stanford akan "mengajar di aula marmer kepada kursi kosong" terbukti salah. Murid pertama terdiri dari 559 mahasiswa-mahasiswi, dengan uang kuliah gratis dan 15 dosen, 7 di antaranya berasal dari Universitas Cornell. Sekolah ini didirikan untuk laki-laki maupun perempuan, meskipun untuk jangka waktu yang lama penerimaan mahasiswinya dibatasi. Hal ini bukan disebabkan oleh sentimen anti perempuan, melainkan karena kekhawatiran di pihak Jane Stanford, yang merasa bahwa tanpa pembatasan itu, sekolah ini dengan segera akan penuh dengan mahasiswi saja, yang dianggapnya tidak cocok dengan maksudnya semula untuk menjadikan universitas ini sebagai peringatan untuk anak lelakinya. Presiden pertama adalah David Jordan, lulusan Cornell, yang meninggalkan jabatannya sebagai presiden Indiana University untuk bergabung dengan petualangan keluar Barat.

Motto resmi Universitas Stanford, yang dipilih oleh suami-istri Stanford, adalah "Die Luft der Freiheit weht." Kutipan dalam bahasa Jerman ini berasal dari Ulrich von Hutten yang berarti "Angin kebebasan berhembus." Pada waktu sekolah ini didirikan, bahasa Jerman baru saja menggantikan bahasa Latin sebagai bahasa yang dominant dalam sains dan filsafat (posisi ini dipertahankan hingga pecahnya Perang Dunia II).

The Stanfords melibatkan Frederick Law Olmsted, arsitek lanskap yang terkenal yang menciptakan New York's Central Park, untuk merancang rencana fisik universitas. Kolaborasi ini diperdebatkan, tapi akhirnya menghasilkan dua sudut pada sumbu timur-barat. Hari ini, dengan Stanford terus berkembang, arsitek universitas berusaha untuk menghormati rencana asli universitas.