Ghez sinh ra ở thành phố New York, là con gái của Susanne (Gayton) và Gilbert Ghez.[5][6] Cha cô có gốc Do Thái, sinh ra ở Rome, Ý, trong một gia đình đến từ Tunisia và Frankfurt, Đức.[7][8] Mẹ cô xuất thân trong một gia đình Ailen đến từ North Attleborough, Massachusetts.[9]

Ghez lớn lên ở Chicago và theo học Đại học Trường Thí nghiệm Chicago.[10] Chuyến đổ bộ lên Mặt Trăng của Chương trình Apollo đã truyền cảm hứng cho Ghez muốn trở thành nữ phi hành gia đầu tiên và mẹ cô đã ủng hộ mục tiêu của cô.[11] Hình mẫu phụ nữ có ảnh hưởng nhất của cô là giáo viên hóa học trung học.[12] Cô bắt đầu theo học đại học chuyên ngành toán học nhưng sau đó chuyển sang vật lý.[13] Cô nhận bằng cử nhân vật lý tại Viện Công nghệ Massachusetts vào năm 1987 và bằng Tiến sĩ dưới sự hướng dẫn của Gerry Neugebauer tại Viện Công nghệ California vào năm 1992.[14]