Brie Larson sinh ra tại Sacramento, California, con gái của Sylvain và Heather Desaulniers.[1] Cha mẹ cô là những người nắn khớp xương và mở một chỗ hành nghề chung.[2] Cha mẹ cô ly hôn khi cô còn nhỏ nên sau đó chuyển tới Los Angeles cùng mẹ và em gái. Cô học diễn xuất tại American Conservatory Theater ở San Francisco.[3][4][5] Trước đó cô từng được dạy học tại nhà.[6]

Ông bà nội của cô là người Canada gốc Pháp ở Manitoba. Bà nội của cô, Gabrielle Desaulniers, mất vào tháng 12 năm 2015.[7] Một trong các cụ bà bên nội đời thư tư của cô được mô tả là một phụ nữ người Métis sinh ra ở Đảo Mackinac nói trôi chảy tiếng Pháp, tiếng Anh, Cree và Michif (một ngôn ngữ hỗn hợp giữa Cree và tiếng Pháp Métis).[8][9] Ngôn ngữ đầu tiên mà Larson biết là tiếng Pháp.[10]

Brie nói với tạp chí Glamour rằng cô lấy "Larson" làm nghệ danh bắt nguồn từ họ thời con gái của cụ bà người Thụy Điển của cô bởi họ của cô quá khó phát âm.[11] Cô nói trên The Tonight Show Starring Jimmy Fallon rằng nghệ danh của cô được đặt theo Kirsten Larson, một búp bê của hãng American Girl mà cô được tặng khi nhỏ.[12][13][14]