Dục Đức sinh ngày 23 tháng 2 năm 1852 tại Huế. Có nguồn ghi ông sinh 4 tháng 1 năm Quý Sửu (tức 11 tháng 2 năm 1853).[5] Ông là con thứ hai của Thoại Thái vương Nguyễn Phúc Hồng Y[6][7] (con trai thứ tư của vua Thiệu Trị) và bà Trần Thị Nga, có tự là Ưng Ái (膺𩡤) (sử không lưu lại húy).

Năm 1869, khi được 17 tuổi, ông được bác ruột là vua Tự Đức chọn làm con nuôi (vì lúc nhỏ bị bệnh đậu mùa nên vua Tự Đức không có con)[8] và ban tên tự Ưng Chân (膺禛), đồng thời cho ra ở Dục Đức đường (育德堂) và giao cho Hoàng quý phi Vũ Thị Duyên trông nom dạy bảo. Năm 1883 ông được phong làm Thụy Quốc công (瑞國公).

Sử sách còn nêu nguyên do ông phải đổi tên vì Nguyễn Phúc Hồng Y sinh ra ông, tên Ái không có bộ thị, nên Tự Đức nhận ông làm con, đổi là Nguyễn Phúc Ưng Chân, tên này có bộ thị (xem thêm bài Đế hệ thi).

Trong thời gian này, ông có quan hệ chặt chẽ với người Pháp, khi đó đang xâm lược Việt Nam. Năm 1881, vào thời điểm Pháp rục rịch tấn công miền bắc, ông từng cho chuyển nhiều tài liệu quan trọng về việc nước cho Trú sứ Pháp là Rheinart.[5]