Joseph Robinette Biden Jr. sinh ngày 20 tháng 11 năm 1942 tại bệnh viện Thánh Mary ở Scranton, Pennsylvania.[10]:5 Mẹ của ông là Catherine Eugenia "Jean" Biden (họ gốc Finnegan) và bố của ông là Joseph Robinette Biden Sr.[11][12] Ông có một em gái và hai em trai. Gia đình ông theo Công giáo Roma.[10]:9 Jean là người gốc Ireland.[10]:8[13][14] Bố mẹ của Joseph Sr., Mary Elizabeth (họ gốc là Robinette) và Joseph H. Biden, một doanh nhân dầu mỏ đến từ Baltimore, Maryland, là người gốc Anh, Pháp và Ireland.[10]:8[15] Ông cố nội đời thứ ba của Biden, William Biden, được sinh ra ở Sussex, Anh và nhập cư vào Hoa Kỳ. Ông cố ngoại của ông, Edward Francis Blewitt,[16] có bố mẹ là người nhập cư Ireland từ Rappagh, Ballina, County Mayo và từng là Nghị sĩ Thượng viện bang Pennsylvania.[17][18]

Bố của Biden từng giàu có nhưng đã gặp một số khó khăn về tài chính trước khi con trai đầu của ông chào đời. Gia đình Biden đã phải sống cùng ông bà ngoại của ông, nhà Finnegan, trong vài năm.[19] Khi vùng Scranton bị suy thoái kinh tế trong những năm 1950, bố của Biden đã không tìm được việc làm ổn định.[20] Năm 1953, gia đình Biden chuyển đến một căn hộ ở Claymont, Delaware và sống ở đây vài năm rồi tiếp tục chuyển đến một căn nhà ở Wilmington, Delaware.[19] Joe Biden Sr. sau đó trở thành một doanh nhân bán xe hơi cũ thành đạt và duy trì được lối sống trung lưu của gia đình.[19][20][21]

Biden theo học tại Học viện Archmere ở Claymont,[10]:27, 32 nơi ông giữ các vị trí trung vệ và tiền đạo bắt bóng trong đội tuyển bóng bầu dục của trường; khi đang học năm cuối, ông đã góp phần dẫn dắt đội tuyển từng liên tục thua giành chiến thắng cả một mùa giải.[19][22] Ông cũng tham gia đội tuyển bóng chày.[19] Về mặt học tập, ông là một học sinh kém nhưng lại được xem là một nhà lãnh đạo thiên bẩm và được bầu làm chủ tịch lớp khi đang học năm ba và năm cuối.[10]:40–41[23]:99 Ông tốt nghiệp vào năm 1961.[10]:40–41

Ông tốt nghiệp Cử nhân Nghệ thuật trường Đại học Delaware vào năm 1965, với hai chuyên ngành chính lịch sử và khoa học chính trị, cũng như chuyên ngành phụ ngôn ngữ Anh.[23]:98[24] Ông chơi ở vị trí trung vệ trong đội bóng bầu dục năm nhất Blue Hens.[22] Năm 1964, ông gặp Neilia Hunter, người mà ông sau đó kết hôn cùng.[19][25]

Biden tốt nghiệp trường Luật của Đại học Syracuse với bằng Tiến sĩ luật vào năm 1968. Sau này ông đã nói trường luật là "thứ nhàm chán nhất thế giới".[26][27] Ông gia nhập Đoàn luật sư bang Delaware vào năm 1969.[28]

Khi đang học năm nhất tại Syracuse, Biden bị cáo buộc là đã đạo văn 5 trong số 15 trang của một bài báo về luật. Ông cho biết việc này là ngoài ý muốn và do ông không biết các quy tắc dẫn nguốn. Kết quả là ông đã bị đánh trượt và phải học lại môn đó. Việc này đã được nhắc đến vào năm 1987 khi ông đang tranh cử Tổng thống lần đầu tiên.[29][30]

Trong giai đoạn này, Biden được hưởng chế độ hoãn nghĩa vụ quân sự dành cho sinh viên.[31] Sau khi hoàn thành việc học, ông được đánh giá là không thể thực hiện nghĩa vụ quân sự vì tiền sử bệnh hen phế quản.[31][32]

Biden bị nói lắp; tình trạng này từng rõ rệt hơn trong khoảng thời gian từ khi ông còn nhỏ cho đến những năm 20 tuổi.[33] Ông cho biết đã khắc phục điều này bằng cách đọc thơ trước gương,[23]:99 nhưng đôi khi nó vẫn xuất hiện "chẳng hạn như khi ông rất mệt".[34] Một số ý kiến cho rằng điều này đã ảnh hưởng đến sự thể hiện của ông trong các cuộc tranh luận bầu cử ứng viên tổng thống của Đảng Dân chủ khi ông đang tranh cử tổng thống vào năm 2020.[35]

Định kiến về việc uống rượu trong gia đình Biden và gia đình Finnegan đã khiến Biden theo chủ nghĩa bài rượu.[19][36]