Dag Hammarskjöld sinh tại Jönköping, nhưng ông trải qua thời niên thiếu ở Uppsala. Ông là con thứ tư và con út của Hjalmar Hammarskjöld, Thủ tướng Thụy Điển (1914–1917), và Agnes Almquist. Dòng họ Hammarskjöld nắm giữ những vị trí quan trọng trong triều đình Thụy Điển từ thế kỷ 17. Dag Hammarskjöld tốt nghiệp Đại học Uppsala với bằng thạc sĩ kinh tế chính trị và cử nhân luật rồi chuyển tới sống ở Stockholm.

Từ năm 1930 tới 1934, ông là thư ký của ủy ban thành phố về lao động và việc làm. Trong giai đoạn này, ông nghiên cứu và viết tiểu luận kinh tế học Konjunkturspridningen (Sự lan tỏa của chu kỳ kinh doanh) và nhận bằng tiến sĩ của Đại học Stockholm năm 1933. Năm 1936, Hammarskjöld nhận chức vụ thư ký Ngân hàng trung ương Thụy Điển, rồi phó thư ký phụ trách tài chính. Từ năm 1941 tới năm 1948, ông đảm nhận chức chủ tịch Ngân hàng trung ương Thụy Điển.

Đầu năm 1945, ông được chỉ định làm cố vấn cho chính phủ về các vấn đề kinh tế và tài chính cũng như các kế hoạch giải quyết những vấn đề kinh tế của giai đoạn hậu chiến.

Năm 1947, Hammarskjöld vào làm ở Bộ ngoại giao Thụy Điển và năm 1949 trở thành Bộ trưởng bộ ngoại giao Thụy Điển. Ông là một đại biểu có mặt ở Hội nghị Paris thông qua Kế hoạch Marshall về trợ giúp kinh tế của Mỹ cho châu Âu sau Chiến tranh thế giới thứ hai. Năm 1948, cũng tại Paris, ông tham dự hội nghị thành lập Tổ chức hợp tác kinh tế châu Âu, tiền thân của Liên minh châu Âu sau này. Năm 1951, ông được chỉ định làm quốc vụ khanh và quyền thứ trưởng bộ ngoại giao. Dù Hammarskjöld làm việc trong một nội các mà các đảng viên Dân chủ xã hội chiếm số đông, ông chưa bao giờ chính thức gia nhập một đảng phái chính trị nào. Cũng năm 1951, Hammarskjöld được cử làm phó đoàn đại biểu Thụy Điển tham dự hội nghị của Đại hội đồng Liên Hiệp Quốc ở Paris và một năm sau là trưởng đoàn đại biểu Thụy Điển ở New York. Ngày 20-12-1954, ông được bầu vào Viện khoa học Hoàng gia Thụy Điển, thay cho cha ông.