Hatoyama Yukio xuất thân trong một gia đình danh giá. Ông nội của ông là Hatoyama Ichirō, Thủ tướng Nhật Bản thời kỳ 1954-1956 và là một trong người sáng lập ra Đảng Dân chủ Tự do. Ông ngoại của ông là Ishibashi Shujiro, người sáng lập Công ty Bridgestone. Cha của ông, Hatoyama Iichiro từng là Bộ trưởng Bộ Ngoại giao. Người anh trai của ông, Hatoyama Kunio, cũng là một chính trị gia nổi tiếng ở Nhật Bản và là Bộ trưởng Bộ Tư pháp trong nội các của Abe Shinzo và Fukuda Yasuo, Bộ trưởng Bộ Tổng hợp trong nội các của Aso Taro cho đến ngày 12 tháng 6 năm 2009.

Trước khi trở thành chính trị gia, Hatoyama Yukio từng là giảng viên của Đại học Công nghệ Tokyo và Đại học Senshu. Ông học đại học ở Đại học Tokyo và lấy bằng tiến sĩ cơ khí tại Đại học Stanford.[3]