Chu Ôn là út trong số ba nhi tử của cha Chu Thành (朱誠)- một thầy dạy Ngũ Kinh ở Đãng Sơn, Tống châu[chú 1], hai huynh của ông là Chu Toàn Dục và Chu Tồn.[5] Ngoài ra, ông cũng có muội kết hôn với Viên Kính Sơ (袁敬初) ở Hạ Ấp, gần Đãng Sơn, cha và tổ phụ của Kính Sơ từng giữ đến chức tả bộc xạ, tư không, và xưng là hậu duệ của tể tướng Viên Thứ Kỷ thời trung Đường. (Con trai của bà là Viên Tượng Tiên về sau trở thành một trọng tướng của Hậu Lương và Hậu Đường.)[6] Chu Thành qua đời khi Chu Ôn vẫn còn là một cậu bé, có vẻ là vào khoảng năm 864, hoặc sau đó. Sau đó, góa phụ của Chu Thành đem ba người con trai của bà đến sinh sống tại nhà của Lưu Sùng ở Tiêu huyện, Từ châu. Mẹ của Chu Thành mang họ Lưu, vì thế có thể Lưu Sùng là một người họ hàng với tổ mẫu của Chu Ôn. Nhà họ Lưu là một gia tộc có thế lực trong khu vực, việc họ gả con gái cho nhà họ Chu cho thấy gia tộc này cũng có vị thế nhất định.[7]

Chu Ôn làm công việc quản gia cho nhà họ Lưu, song các thành viên của gia tộc này không xem trọng ông, ngoại trừ mẹ của Lưu Sùng,[3] bà thường can thiệp mỗi khi Lưu Sùng phạt đánh Chu Ôn do không hài lòng về ông.[8]