Pataky tên thật là là Elsa Lafuente Medianu sinh ra tại Madrid, Tây Ban Nha,[1] là con gái của ông José Francisco Lafuente, một nhà hóa sinh người Tây Ban Nha, và bà Cristina Medianu Pataky, một nhà báo gốc Romania có tổ tiên là người Romania và Hungary.[2] Cô có một người em trai cùng cha khác mẹ: Cristian Prieto Medianu, một đạo diễn điện ảnh. Cô sử dụng tên 'Elsa Pataky' từ tên bà ngoại của cô: Rosa Pataky.[3]

Pataky theo học tại Đại học CEU San Pablo,[4] học báo chí và tham gia các lớp diễn xuất. Ngoài tiếng Tây Ban Nha và tiếng Romania, cô còn thông thạo tiếng Anh, Ý, Bồ Đào Nha và Pháp.[5][6]