Eötvös Loránd 1848 nyarán látta meg a napvilágot Budán. Apja, báró Eötvös József író, politikus, vallás- és közoktatásügyi miniszter volt, anyja Rosty Ágnes, Békés megye alispánjának a lánya. Keresztszülei anyai nagynénje, Rosty Ilona és annak férje, Trefort Ágoston voltak. A családi öröksége, az oktatás és tanulás fontossága, erősen befolyásolta érdeklődését, és egész életében meghatározó tényező volt.
Szülei nagy hangsúlyt fektettek gyermekeik taníttatására, így Lorándéra is: 12 éves koráig magántanárnál, majd a piarista gimnáziumban végezte tanulmányait. Kitűnően érettségizett, meglepő módon viszont fizikából csak elégséges osztályzatot sikerült szereznie a később világhírűvé vált fizikusnak.
A gimnáziumi tanulmányok után apja ösztönzésére jogot kezdett el hallgatni, viszont e mellett még matematikát, kémiát és csillagászatot is tanult. Második évre a természettudományok iránti lelkesedése erősebbnek bizonyult, így 1867-ben (miután apja a kiegyezést követően elvállalta a kultuszminiszteri posztot) Heidelbergben folytatta egyetemi tanulmányait, ahol a kor legnevesebb tudósaitól tanulhatott.