Wallis sinh ra ở Oxford, Anh. Cô lớn lên ở Cascais, Bồ Đào Nha, nơi gia đình cô di cư khi cô mới 18 tháng tuổi.[1]

Mẹ cô là cháu gái của diễn viên Richard Harris.[2] Họ hàng phía ngoại của cô là các diễn viên Jared Harris, Jamie Harris và đạo diễn Damian Harris.[3] Về phía cha của cô, cô là hậu duệ của nữ ca sĩ người Anh Marie Lloyd.[1] Anh trai ruột của cô, Francis Wallis, là giám đốc và từng làm việc cho nhà thiết kế thời trang Michael Kors và các ca sĩ Pixie Lott và Birdy.[4]

Nhờ theo học các trường quốc tế, Wallis có thể nói thông thạo tiếng Anh, Bồ Đào Nha, Pháp và Tây Ban Nha.[5][6]