Ông quê ở làng Đa Phước Hội, huyện Mỏ Cày, Bến Tre; lớn lên trong gia đình vốn có truyền thống Nho học nhưng có học trường Tây. Ông có quốc tịch Pháp.[1] Ông được gia đình gửi sang Algérie rồi sang Pháp học ở trường École Coloniale từ năm 1894. Ba năm sau ông là người Việt đầu tiên đỗ bằng kỹ sư canh nông (ingénieur agronome) của Pháp. Vua Hàm Nghi bấy giờ bị Pháp đày sang Algérie và ông là người Việt duy nhất được vào thăm cựu hoàng lúc đó.[2]

Bùi Quang Chiêu kết hôn với bà Vương Thị Y và có sáu người con,[3] trong số đó có Louis và Henriette học y khoa ở Pháp, Camille theo học ở Haute École de Commerce, Hélène và Madeleine không đi du học.