Ông tên thật là Doãn Ôn (尹溫), sinh ngày 17 tháng 11 năm Ất Mão[3] (tức 27 tháng 12 năm 1795[4]), tại làng Khê Cầu, tổng Khê Cầu, huyện Thư Trì, phủ Kiến Xương, trấn Sơn Nam Hạ (nay là thôn Khê Cầu, nằm cạnh ngã ba đường tránh quốc lộ 10, thuộc xã Minh Khai, huyện Vũ Thư, tỉnh Thái Bình[5]. Nguyên quán ông tại làng Ngoại Lãng, tổng Vô Ngại, huyện Thư Trì (nay thuộc xã Song Lãng, huyện Vũ Thư, tỉnh Thái Bình[6]. Ông là con cháu đời thứ năm của dòng họ Doãn đất Song Lãng, tính từ Thủy tổ là Doãn Doanh, hiệu Chính Nghị. Đến đời thứ 2, thì một nhánh dời qua cư trú tại làng Khê Cầu. Cha ông là cụ Doãn Đình Dụng, hiệu Lãng Khê, là một danh sĩ thời bấy giờ[7]. Tiến sĩ Doãn Khuê là em họ - con chú ruột - của ông.

Thuở nhỏ, ông được cha và chú bác trong nhà đều là những bậc túc nho, khoa bảng trực tiếp rèn cặp. Năm 19 tuổi, ông theo học Hoàng giáp Bùi Huy Bích. Tháng 9 năm Minh Mạng thứ 9 (Mậu Tý -1828), ông đỗ Cử nhân hạng ưu. Năm sau, ông tiếp tục tham gia thi Hội nhưng không đỗ.