Nguyễn Chí Linh sinh ngày 22 tháng 11 năm 1949 tại giáo xứ Ba Làng,[8] thuộc xã Hải Thanh, huyện Tĩnh Gia (nay là phường Hải Thanh, thị xã Nghi Sơn), tỉnh Thanh Hóa,[9] nhưng theo gia đình di cư vào Nam. Ông sinh ra trong một gia đình có truyền thống Công giáo lâu đời, với song thân là ông Lôrensô Nguyễn Xuân Hòa (1906 – 2017)[10] và bà Matta Nguyễn Thị Thanh, kết hôn năm 1937.[11] Là người Công giáo, Nguyễn Chí Linh nhận thánh quan thầy là Giuse, một vị Thánh của Giáo hội Công giáo.

Theo gia đình di cư vào Nam, từ năm 1955 đến năm 1962, cậu bé Linh theo học cấp bậc tiểu học tại trường xứ Thanh Hải, Phan Thiết.[12] Do gặp nhiều khó khăn, ông Nguyễn Xuân Hòa và gia đình quyết định đến định cư tại Cam Ranh – Khánh Hòa từ năm 1964.[11] Sau khi tốt nghiệp tiểu học, Nguyễn Chí Linh bắt đầu con đường tu trì bằng việc theo học tại Tiểu Chủng viện Nha Trang và học tại đây cho đến năm 1967 thì tốt nghiệp. Trong vòng một năm sau đó, chủng sinh Linh theo học tại trường Thiên Hựu, Huế và tiếp tục tu học tại Chủng viện Chúa Chiên Lành, Đà Lạt cho đến năm 1970.[12]

Từ năm 1972, gia đình Nguyễn Chí Linh tiếp tục di cư đến sống tại Phan Rang – Ninh Thuận và sau năm 1975 lại trở về địa điểm đầu tiên sau khi di cư vào Nam là Thanh Hải, Phan Thiết và ổn định cuộc sống tại đây.[11] Riêng về con đường tu học của chủng sinh Linh, từ năm 1970, chủng sinh này theo học Giáo hoàng Học viện Thánh Piô X, Đà Lạt và học tại đây cho đến năm 1977, khi học viện này đóng cửa.[13] Sau đó, vì hoàn cảnh không thể thụ phong linh mục, chủng sinh Nguyễn Chí Linh về sinh sống với gia đình tại giáo xứ Song Mỹ, Nha Trang cho đến năm 1992.[12] Nguyễn Chí Linh từng phải ngồi tù[14][15][16] vì việc giảng dạy giáo lý Công giáo của mình.[14] Trong hoàn cảnh khó có khả năng được truyền chức linh mục do bị tù, Giám mục Phaolô Nguyễn Văn Hòa đã hỗ trợ chủng sinh Linh một cách kiên trì, sau đó phong chức Phó tế cho chủng sinh này.[16]