Nguyên Tử Du sinh năm 507, dưới thời trị vì của đường huynh Tuyên Vũ Đế. Ông là con trai thứ ba của một thân vương được đánh giá cao là Bành Thành vương Nguyên Hiệp (元勰) và là thúc phụ của Tuyên Vũ Đế. Mẫu thân của Nguyên Tử Du là Lý Vương hậu, con gái của viên quan Lý Xung (李沖). Trong số hai anh trai của ông, người anh cả Nguyên Tử Trực (元子直) không phải là con đẻ của Lý Vương phi, và người anh trai thứ hai là con đẻ của Vương phi, tên là Nguyên Thiệu (元劭).

Năm 508, Lý Vương hậu lại một lần nữa mang thai. Khi đó, Tuyên Vũ Đế tin vào lời vu cáo của cữu phụ Cao Triệu (高肇) rằng Nguyên Hiệp âm mưu nổi loạn, vì thế Nguyên Hiệp đã bị buộc phải tự vẫn. Ngay sau đó, Lý Vương hậu sinh một người con trai tên là Nguyên Tử Chính (元子正). Sử sách chép rằng Nguyên Tử Du gần gũi với các huynh đệ của mình. Nguyên Thiệu do là con trai lớn nhất của chính thất nên được thừa kế tước hiệu Bành Thành vương. Nguyên Tử Du và các huynh đệ Nguyên Tử Trực và Nguyên Tử Chính được phong tước công. Nguyên Tử Du thời nhỏ từng là một hầu cận cho Tuyên Vũ Đế, và được tán dương bởi trí thông minh và dung mạo tuấn tú của mình. Ông ngày một thăng tiến trong thời gian Tuyên Vũ Đế và Hiếu Minh Đế trị vì.

Năm 526, Hiếu Minh Đế đã thăng cho Nguyên Tử Du làm Trường Lạc vương. Tuy nhiên, năm 527, Nguyên Tử Du đã mất tất cả thực quyền khi Nguyên Thiệu bị tình nghi âm mưu tiến hành một cuộc nổi loạn và bị An Phong vương Nguyên Diên Minh (元延明) tố giác. Tuy nhiên, Hiếu Minh đế cùng mẫu thân là Hồ Thái hậu, đã không giết hại ai trong số các huynh đệ của Nguyên Tử Du.

Năm 528, Hiếu Minh Đế ngày càng xích mích với Hồ Thái hậu, Hoàng đế đã âm mưu với tướng Nhĩ Chu Vinh và lệnh cho người này tiến về kinh thành Lạc Dương để buộc Thái hậu phải trao trả quyền lực và loại bỏ người tình của bà là Trịnh Nghiễm (鄭儼) cùng cộng sự của Trịnh nghiễm là Từ Hột (徐紇). Tuy nhiên, âm mưu này đã bị phát hiện, Hồ Thái hậu đã hạ độc con trai mình và lập Nguyên Chiêu (một cậu bé mới 2 tuổi) làm hoàng đế. Nhĩ Chu Vinh không công nhận Nguyên Chiêu là hoàng đế và tiến quân về Lạc Dương. Do dân chúng vẫn còn các ký ức tốt đẹp về Nguyên Hiệp, và do Nguyên Tử Du có tài năng xuất chúng, Nhĩ Chu Vinh đã bí mật cử người đưa tin đến điều đình với ông, hứa sẽ lập Nguyên Tử Du làm hoàng đế. Nguyên Tử Du chấp thuận và khi Nhĩ Chu Vinh tiến vào vùng phụ cận kinh thành Lạc Dương, Nguyên Tử Du cùng với Nguyên Thiệu và Nguyên Tử Chính đã chạy khỏi Lạc Dương và đến chỗ quân của Nhĩ Chu Vinh. Nhĩ Chu Vinh tuyên bố Nguyên Tử Du là hoàng đế (tức Hiếu Trang Đế), và đã có nhiều cuộc ăn mừng được tổ chức trong đội quân.