Theo sách Phả hệ họ Ngô Việt Nam, ông là con cả của Thiên Sách vương Ngô Xương Ngập vốn có tên là Ngô Xương Tỷ. Ông là anh của sứ quân Ngô Xương Xí. Sách Thiền Uyển tập anh chỉ ghi ông thuộc dòng dõi Ngô Thuận Đế 1.

Ngô Xương Tỷ ra đời dưới thời cai trị của Tiết độ sứ Dương Đình Nghệ (933), cha vợ thứ của ông nội ông là Ngô Quyền. Năm 937, Đình Nghệ bị Kiều Công Tiễn giết, Ngô Quyền giết Tiễn và đánh bại quân Nam Hán, lên ngôi vua (938). Năm 944, Ngô Quyền mất, đáng lý con trai trưởng ông là Ngô Xương Ngập phải được thừa kế, nhưng người con của Dương Đình Nghệ là Dương Tam Kha tranh ngôi. Cha ông phải bỏ trốn về Hương Trà, nương nhờ Phạm Lệnh Công và lấy con gái Lệnh Công, sinh ra người em Xương Xí.

Dương Tam Kha lùng bắt cha ông rất gắt gao nhưng không bắt được. Chú hai Ngô Xương Văn là con bà nội kế Dương Như Ngọc nên được Tam Kha nhận làm con nuôi. Có lẽ trong cảnh gia đình gặp tai họa đó, người cha không biết sống chết lúc nào, cậu bé Ngô Chân Lưu (11 tuổi năm 944) không nơi nương tựa đã tìm đến cửa Thiền đề thoát nạn.