Cô sinh ra tại thành phố Vinh, Nghệ An, từng học tại Trường Trung học Phổ thông Huỳnh Thúc Kháng (Vinh). Cô sinh ra trong gia đình có truyền thống về nghệ thuật. Bố là Nghệ sĩ ưu tú Tiến Dũng chuyên về dòng nhạc dân gian, từng đoạt Huy chương Vàng tiếng hát chuyên nghiệp toàn quốc năm 1987 với ca khúc "Đi trong hương tràm"[3], nay đang là Phó Giám đốc Sở Văn hóa Thể thao & Du lịch Nghệ An. Mẹ là bà Dư Thị Thủy, nghệ sĩ tại Đoàn ca múa Nghệ An. Hương Tràm còn có người anh trai là Phạm Tiến Mạnh, thí sinh dự thi lọt vào top 10 chương trình Sao Mai Điểm hẹn năm 2010.[4]

Hương Tràm và Đinh Hương - Á quân Giọng hát Việt 2012 có quan hệ họ hàng. Bố của Hương Tràm là anh họ của mẹ Đinh Hương[5]. Cả hai mang trong mình dòng máu con cháu của dòng họ Nguyễn Cảnh.[6]