Doãn Nỗ có nguồn gốc xuất thân từ một vọng tộc khá lâu đời ở Kẻ Nưa (nay là làng Cổ Định, thị trấn Nưa, huyện Triệu Sơn, tỉnh Thanh Hóa). Tổ tiên của ông là Doãn Bang Hiến làm thượng thư hành khiển bộ Hình dưới triều Trần Anh Tông và Trần Minh Tông, từng đi sứ sang nhà Nguyên để giải quyết việc tranh chấp biên giới với Trung Hoa[2]. Ông nội của Doãn Nỗ là Doãn Định (1312-1363) làm quan tới chức Giám sát ngự sử, sau bị bãi chức do ngăn Thượng hoàng Minh Tông đến ngự sử đài[3]. Cha của Doãn Nỗ là Doãn Quyết (1344- 1410) đỗ tam trường, làm Cung hiển đại phu nhà Trần. Doãn Nỗ là con trai thứ hai của gia đình, anh trai ông là Doãn Năng về sau cũng làm quan dưới thời Lê Thái Tổ.[cần dẫn nguồn]