Alexander Fleming sinh năm 1881 ở Lochfield, xứ Scotland, phía Bắc nước Anh. Đây là một vùng công nghiệp phát triển nhưng vì sự kiểm soát không tốt, kèm theo khí hậu ẩm ướt nên môi trường bị ô nhiễm nặng nề. Trong điều kiện như thế, nhiều loại bệnh đã xảy ra ở đây, đặc biệt là các bệnh nhiễm trùng như viêm phổi, bạch hầu, viêm màng não mủ, nhiễm trùng huyết... Từ nhỏ, Fleming đã chứng kiến một số người thân của mình bị những căn bệnh ấy cướp đi mạng sống. Cũng chính vì thế, từ khi còn bé Fleming đã quyết tâm sẽ trở thành một bác sĩ để cứu giúp những người bệnh.

Từ những năm học trung học, Fleming đã có xu hướng học lệch về các môn sinh vật, hóa học. Khi nộp hồ sơ vào đại học, ông đã ghi danh vào khoa Y, Học viện Y học Saint Mary ở Luân Đôn.