Giám mục Trần Văn Toản sinh ngày 7 tháng 4 năm 1955 tại Tam Kỳ, tỉnh Quảng Nam,[7][8] trên đường di cư vào Nam của song thân.[9] Cậu bé Toản được nhận bí tích Rửa Tội bảy ngày sau đó tại Nhà thờ Tam Kỳ, tỉnh Quảng Nam. Ông là con cả của ông Đa Minh Trần Văn Tiến và bà Maria Trần Thị Chỉ, đều là người gốc giáo xứ Thượng Phúc, xã Thụy Sơn, huyện Thái Thụy, tỉnh Thái Bình.[10][11] Một số nguồn tin ghi nhận ông sinh tại Thái Bình, nhưng đăng ký khai sinh tại Quảng Nam.[12][13] Trước sinh khi Trần Văn Toản, song thân ông lâm cảnh hiếm muộn và đã dùng lời khấn hứa với bà Maria rằng sẽ dâng hiến con mình cho bà nếu được bà phù trợ. Nghi thức dâng hiến được thực hiện tại La Vang vào năm 1959, khi cậu bé Toản lên bốn tuổi. Cậu cũng là cháu trai trưởng (đích tôn) trong gia đình.[14]

Gia đình Trần Văn Toản sau đó di cư vào Nam, định cư tại Giáo họ Bình Cát – Kênh B1 Huyện Vĩnh Thạnh, Cần Thơ. Chính tại nhà thờ Bình Cát, cậu bé Toản được cử hành nghi thức Bí tích Thánh Thể ngày 8 tháng 12 năm 1961.[15] Là cháu trai trưởng, từ nhỏ đến năm 7 tuổi, Trần Văn Toản sinh hoạt cùng bà nội và cô chú. Các sinh hoạt tôn giáo trong gia đình qua hình thức đạo đức bình dân như cầu nguyện, lần chuỗi Mân Côi, tham gia lễ và đọc các kinh bổn Công giáo,... đã ảnh hưởng lớn đến cậu bé Toản. Các sinh hoạt tôn giáo từ thuở nhỏ này vẫn còn ảnh hưởng đối với Trần Văn Toản cho đến ngày nay, thông qua việc ông vẫn thực hiện các việc các sinh hoạt tôn giáo: lần chuỗi, đọc các kinh riêng biệt theo ngày, các hình thức ngắm... vốn là các việc đã quen làm từ thuở thiếu thời.[14]

Năm 1962, Bình Cát không còn được công nhận là một giáo xứ, không có linh mục thường trú và trường học tạm đóng cửa, cậu bé Trần Văn Toản được đưa đến sống cùng cha mẹ, lúc này đang cư ngụ tại giáo xứ Thái Bình, Xóm Mới, Gò Vấp, Sài Gòn.[14] Cậu sau đó rời khỏi gia đình, trở thành giúp lễ tại giáo xứ Long Phước Thôn, hỗ trợ linh mục Phêrô Trần Gia Vĩnh.[16] Năm 1964, bà nội dẫn cậu bé Toản đến gặp linh mục chính xứ Thái Bình là Đa Minh Đinh An Khang nhằm đề nghị cho cậu theo con đường tu trì. Cậu sau đó được cho gia nhập nhóm các trẻ giúp lễ của giáo xứ.[14] Trong vai trò giúp lễ, cậu thường xuyên được tiếp xúc với các câu chuyện về các thánh tử đạo Việt Nam. Nhận ra sự siêng năng dự lễ và tham dự lễ từ sớm để lắng nghe các câu chuyện về thánh tử đạo, linh mục chính xứ nhận định Trần Văn Toản có đường hướng tu trì[gc 1] nên quyết định hướng dẫn cậu thi vào chủng viện. Trần Văn Toản lãnh nhận Bí tích Thêm sức vào ngày 26 tháng 12 năm 1965 tại nhà thờ giáo xứ Thái Bình.[17]