Alexander von Humboldt sinh ngày 14 tháng 9 năm 1769 tại Berlin thuộc Markgrafschaft Brandenburg (lãnh địa của bá tước Brandenburg) nằm trong Đế quốc La Mã thần thánh. Cha của Alexander, ông Alexander Georg von Humboldt, thuộc một gia đình nổi tiếng ở Pomerania, là thiếu tá trong Quân đội Phổ và đã từng được khen thưởng vì thành tích chiến đấu trong Chiến tranh Bảy năm. Mẹ của Alexander là bà Maria Elizabeth von Colomb, vợ góa của nam tước von Holwede. Ông Georg và bà Elizabeth cưới nhau năm 1766, họ có hai người con là Wilhelm và Alexander.

Khi còn nhỏ, Alexander von Humboldt không phải là đứa trẻ đặc biệt thông minh hoặc khỏe mạnh. Tuy vậy cậu bé Alexander đã bộc lộ niềm đam mê sưu tầm và ghi nhãn cho các loại cây cỏ, ốc và côn trùng, vì vậy cậu thường được gọi đùa là "nhà bào chế thuốc". Sau cái chết bất ngờ của người cha năm 1779 khi Alexander mới 10 tuổi, việc dạy dỗ hai anh em von Humboldt hoàn toàn do bà Maria đảm trách. Khi lên đại học, Alexander học ngành tài chính trong 6 tháng tại Đại học Frankfurt (Oder). Ngày 25 tháng 4 năm 1789 ông trúng tuyển vào Đại học Göttingen, khi đó đang rất nổi tiếng với những bài giảng của Christian Gottlob Heine và Johann Friedrich Blumenbach. Khả năng khoa học đa dạng của von Humboldt bắt đầu phát triển trong thời gian học tập ở đây. Trong kì nghỉ năm 1789 ông đã thực hiện một chuyến dã ngoại khoa học trên sông Rhine và cho ra đời chuyên luận khoa học đầu tiên, Mineralogische Beobachtungen über einige Basalte am Rhein.

Sự say mê du hành và khám phá trong von Humboldt thực sự hình thành sau khi ông kết bạn với Georg Forster, con rể của Heyne - người đồng hành với thuyền trưởng James Cook ở chuyến thám hiểm thứ hai. Từ đó trở đi, công việc học tập và tài năng khoa học hiếm có của von Humboldt bắt đầu hướng tới việc chuẩn bị các chuyến thám hiểm mang tính khoa học thực sự. Để bổ sung kiến thức, ông bắt đầu học thương mại và ngoại ngữ ở Hamburg, địa chất học ở Technische Universität Bergakademie Freiberg (Đại học bách khoa và mỏ Freiberg) (dưới sự hướng dẫn của Abraham Gottlob Werner), giải phẫu học ở Jena, cuối cùng là thiên văn học và phương pháp sử dụng các dụng cụ khoa học dưới sự hướng dẫn của Franz Xaver von Zach và J. G. Köhler.