Chào đời ngày 5 tháng 12 năm 1927 tại Bệnh viện Mount Auburn ở Cambridge, tiểu bang Massachusetts, Hoa Kỳ,[20] Bhumibol là con trai út của Mahidol Adulyadej, Hoàng tử xứ Songkla (con trai của Vua Chulalongkorn) và Mom Sangwal (sau này là Somdej Phra Sri Nakarindhara Boromaratchachonnani). Giấy khai sinh tại Hoa Kỳ của ông chỉ ghi tên ông là "Baby Songkla", vì cha mẹ phải tham khảo ý kiến bác của mình, vua Rama VII (Prajadhipok), sau đó là tộc trưởng của nhà Chakri, để xin một cái tên tốt lành. Vua Rama VII chọn cái tên Bhumibol Adulyadej, nghĩa là "sức mạnh của đất, quyền lực không thể so sánh" (từ chữ tiếng Phạn: भूमिबल अतुल्यतेज, Bhūmibala Atulyatēja). Cha của ông lúc đó đang học chương trình y tế công cộng tại Đại học Harvard, đó là lý do tại sao Bhumibol là vị vua Thái Lan duy nhất sinh tại Mỹ.[21] Bhumibol có một chị gái, công chúa Galyani Vadhana, và một người anh trai, Hoàng tử Ananda Mahidol.

Khi mới sinh, ông mang tên Thái là Pra Worawongse Ther Phra Ong Chao Bhumibol Adulyadej (พระวรวงศ์เธอ พระองค์เจ้าภูมิพลอดุลยเดช), cho thấy bà mẹ là thứ dân. Nếu ra đời trước đó vài năm, trước khi chú của cậu, Vua Prajadhipok, thông qua đạo luật cho phép con của một hoàng tử và một thường dân được gọi là Phra Ong Chao (hoàng thân với địa vị thấp hơn một Chao Fa), cậu đã phải nhận danh hiệu Mom Chao (cấp thấp nhất trong vòng các hoàng thân Thái), giống anh chị của cậu.

Bhumibol được đem về Thái Lan năm 1928, sau khi Hoàng tử Mahidol tốt nghiệp ngành Y tại Đại học Harvard. Sau khi hoàn tất chương trình tiểu học tại trường Mater Dei ở Bangkok, năm 1933, cậu đến Thụy Sĩ để theo học tại École Nouvelle de la Suisse romande, ở Chailly-sur-Lausanne, tốt nghiệp với văn bằng baccalauréat de lettres (Tú tài văn chương Pháp, tiếng Latin và tiếng Hi Lạp). Bhumibol theo học tại Đại học Lausanne khi anh của cậu, Phra Ong Chao Ananda Mahidol, lên ngai ở Thái Lan. Năm 1935, Nhà vua sắc phong em trai và em gái mình trở thành Chao Fa (cấp cao nhất trong vòng các hoàng tử và công chúa). Họ trở về Thái Lan trong năm 1938, nhưng rồi trở lại Thụy Sĩ để tiếp tục học tập cho đến năm 1945.