Thunberg sinh ngày 3 tháng 1 năm 2003 ở Stockhoolm, Thụy Điển.[5] Mẹ cô là Malena Ernman, một ca sĩ opera người Thụy Điển. Cha cô là Svante Thunberg, một diễn viên được đặt theo tên của Svante Arrhenius, một người trong họ nội của cô đã giành giải Nobel hóa học vì tính toán ảnh hưởng của khí nhà kính trong khí quyển. Ông nội của cô là một diễn viên và chủ nhiệm phim Olof Thunberg.[6][7]

Thunberg nói rằng cô lần đầu nghe về biến đổi khí hậu năm 2011, khi cô 8 tuổi, và không thể hiểu tại sao quá giải pháp được thực hiện để xử lý. Ba năm sau, cô đã trở nên chán nản, buồn phiền và đã dừng nói cũng như ăn uống và cuối cùng được chẩn đoán với hội chứng Asperger, OCD và câm. Chẩn đoán Asperger đã được công bố toàn quốc bởi mẹ cô vào tháng 5/2015, để giúp những gia đình khác cũng gặp trường hợp tương tự, như cô đã nói. Trong khi thừa nhận rằng chẩn đoán của cô đã giới hạn tôi trước đó, cô không coi Asperger của cô như một căn bệnh và thay vào đã gọi nó là siêu năng lực của cô.[8][9]

Trong khoảng 2 năm, Thunberg đã thử thách bố mẹ cô để hạ lượng khí thải carbon của gia đình và nói chung tác động lên môi trường bằng cách trở thành người ăn chay(vegan), tái sử dụng vật liệu phế thải upcycling), và từ bỏ việc đi máy bay (giving up flying). Cô đã nói cô cố cho xem đồ thị và dữ liệu của họ, nhưng khi mà đã không làm việc, cô cảnh báo gia đình cô rằng họ đang đánh cắp tương lai của cô. Từ bỏ đi máy bay phần nào nghĩa là mẹ cô phải từ bỏ sự nghiệp quốc tế như một ca sĩ opera. Thunberg tin rằng cuối cùng bố mẹ cô hưởng ứng và lối sống thay đổi với việc cho hi vọng của cô và tin rằng cô có thể làm một sự khác biệt. Câu chuyện gia đình được thuật lại trong năm 2018 tựa sách có tựa đề Scenes from the Heart.