Attenborough được sinh ra ở Isleworth, phía tây London, nhưng lại lớn lên ở College House trong khuôn viên trường đại học College, Leicester, nơi cha ông, Frederick Attenborough làm hiệu trưởng.[4] Ông là người con thứ hai trong gia đình có 3 anh em trai (anh trai ông, Richard là một diễn viên, em trai ông, John, một thành viên ban quản trị hãng sản xuất xe hơi Alfa Romeo).[5] Trong thời gian thế chiến thứ hai, cha mẹ ông đã nhận nuôi 2 bé gái tị nạn người Do Thái.

Thời thơ ấu, Attenborough thường sưu tập các mẫu đá và hóa thạch. Attenborough nhận được sự khích lệ trong việc thu thập các mẫu vật, khi nhà khảo cổ học Jacquetta Hawkes tỏ ra rất thích thú với bảo tàng nhỏ của ông, lúc đó David mới 7 tuổi. Vài năm sau đó, ông được chị gái nuôi tặng cho một viên hổ phách chứa đầy sinh vật thời tiền sử, và viên hổ phách đó đã trở thành trung tâm trong một chương trình của ông 50 năm sau đó - The Amber Time Machine.

Năm 1936, David và anh trai Richard đã tham gia một buổi diễnthuyết của Grey Owl (Archibald Belaney) tại DeMontfort Hall, Leicester, và tại đây ông đã bị cuốn hút bởi những lời thuyếttrình của Grey về sự bảo tồn thiên nhiên. Richard miêu tả rằng David " như thểbị choáng ngợp bởi quyết tâm bảo vệ loài hải ly của Grey Owl bằng hiểu biết sâusắc của chính ông về hệ động thực vật của vùng thiên nhiên hoang dã Canada,cũng như lời cảnh báo của ông về thảm họa có thể xảy ra một khi sự cân bằngmong manh đó bị phá vỡ. Ý nghĩ  rằngloài người đang đe dọa cân bằng tự nhiên bởi sự khai thác, sử dụng bừa bãi sựtrù phú của tự nhiên đã không được lắng nghe vào thời điểm đó, nhưng nó vẫn luônlà điều trăn trở và dẫn lối cho hành động của David cho đến tận ngày nay".

Attenborough được học tại trường Wyggeston Grammar dành cho học sinh nam, sau đó năm 1945 ông đạt học bổng theo học tại trường trung học Clare, thuộc đại học Cambridge.[6] Tại đây ông được học về địa chất học, động vật học và lấy được học vị về ngành khoa học tự nhiên. Năm 1947, ông được gọi đi nghĩa vụ quân sự, và phục vụ trong hải quân Hoàng gia, ông đóng quân 2 năm ở miền bắc xứ Wales. Năm 1950, David kết hôn với Jane Elizabeth Ebsworth Oriel, cuộc hôn nhân kéo dài cho tới khi Jane mất vào năm 1997. Ông và vợ có hai người con là Robert và Susan. Robert là giảng viên tại trường khảo cổ học và nhân chủng học, đại học quốc gia Ôt-xtrây-lia.