Han Hyo Joo sinh ra và lớn lên tại Cheongju, tỉnh Bắc Chungcheong. Mẹ cô từng là giáo viên tiểu học trước khi trở thành thanh tra công trường . Cha cô từng là sĩ quan không quân. Lúc bé, Han Hyo Joo giỏi thể thao, đặc biệt là điền kinh. Năm hai trung học, cô chuyển đến Seoul một mình và theo học trường Trung học Bulgok, bất chấp sự phản đối gay gắt của cha. Sau đó cô theo học tại trường Đại học Dongguk - Khoa Sân khấu điện ảnh.