Entré à 16 ans dans l’atelier de Charles Gleyre où il s’initie à la peinture, Firmin-Girard intègre l’Ecole des Beaux-Arts quelques mois plus tard pour compléter sa formation dans le dessin des moulages antiques et préparer le concours du prix de Rome.
Ses années d’études qui durent jusqu’au milieu des années 1860 lui permettent d’acquérir une parfaite maîtrise de son art. Elles ne l’empêchent, toutefois, pas de commencer à présenter ses œuvres au Salon pour se faire connaître et lui donner l’occasion de révéler son talent. Il choisit, durant ces années, la voie de l’éclectisme, mêlant scènes antiques, peinture historique et peinture de genre. S’il n’obtient pas le prix de Rome attendu, les médailles et les achats publics sont autant de satisfaction. La presse commence à se faire l’écho de ses peintures.
Ces années sont aussi celles de sa jeunesse étudiante au cours desquelles de solides amitiés vont naître, Paul Vayson dont il fera le portrait, Henri Regnault qui sera, malheureusement, tué à la bataille de Buzenval, Armand Charnay avec qui il restera très lié tout au long de sa vie. Ce sont aussi, ses condisciples de l’atelier Gleyre, les futurs impressionnistes, Renoir, Monet, Sisley, Bazille. C’est, enfin, l’époque où il découvre Barbizon avec Jules Lecoeur et ses amis (Jour de chaleur à Marlotte) et qui le fera sortir de la peinture de chevalet.
S’il travaille de temps en temps, lorsqu’il a des besoins d’argent, pour les ateliers catholiques de l’Abbé Migne ou pour le décorateur de théâtre Charles-Antoine Cambon ou encore pour illustrer des ouvrages de médecine, il a ses habitudes dans les cafés proches de l’Ecole des Beaux-Arts, par exemple « chez Lafitte » rue Taranne, ainsi que le relate Frantz Jourdain dans son roman L’Atelier Chantorel, m
œurs d’artistes paru en 1893.