Thời thơ ấu

Pauling sinh ra tại Portland, Oregon, là con đầu lòng của Herman Henry William Pauling (1876-1910) và Lucy Isabelle "Belle" Darling (1881-1926).

Năm 1901, cha mẹ ông đã quyết định rời khỏi Portland để tìm nơi ở tốt hơn. Ông bắt đầu có ý định trở thành nhà hóa học khi chứng kiến thí nghiệm của bạn mình. Ông từng viết: "Tôi đơn giản chỉ là bị mê hoặc bởi các hiện tượng hóa học, bởi phản ứng giữa các chất, bọn chúng luôn có cách xuất hiện, tính chất khác nhau, và tôi hy vọng sẽ học hỏi nhiều và nhiều hơn nữa những điều thú vị ở chúng". 

Trong thời gian còn học trung học, Pauling thường thực hiện các thí nghiệm hóa học bằng cách nhặt rác của thiết bị và các vật liệu từ nhà máy thép bị bỏ hoang. 

Lúc 15 tuổi, do học thiếu môn, ông không nhận được bằng tốt nghiệp dù đã xin được học lại. Ông buộc phải rời trường mà không có một tấm bằng tốt nghiệp nào. Điều thú vị là cuối cùng nhà trường cũng đã trao tặng cho ông bằng tốt nghiệp 45 năm sau đó, khi ông đã trở thành một nhà khoa học danh tiếng và đã thắng được hai giải Nobel. 

Vốn biết rằng rằng mình cũng sẽ được nhận giấy mời vào đại học, Pauling đã làm qua nhiều công việc bán thời gian để kiếm tiền trang trải cho chi phí học đại học trong tương lai, trong đó có cả làm việc tại một cửa hàng tạp hóa với lương $ 8 một tuần. Quả như ông nghĩ, vào tháng 9 năm 1917, ông cũng đã nhận được thư mời nhập học từ trường Đại học bang Oregon. 

Học đại học

Ông làm việc bốn mươi giờ một tuần trong phòng thí nghiệm để kiếm 100 $ một tháng, giúp ông tiếp tục sự nghiệp nghiên cứu. 

Trong hai năm cuối đại học, ông quyết định tập trung nghiên cứu về các tính chất vật lý và hoá học của các chất có liên quan đến cấu trúc của các nguyên tử, trở thành một trong những người nghiên cứu đầu tiên về lĩnh vực khoa học mới, hóa học lượng tử.

Giáo sư Samuel Graf chọn Pauling làm trợ lý giảng dạy. Vào mùa đông năm cuối cấp, Pauling đã được tiếp cận khoá học hóa học dành cho dành cho những nhà chuyên ngành kinh tế. Đó là lớp học mà Pauling đã gặp người vợ tương lai của mình, người gắn bó với ông trong suốt cuộc đời sau đó, Ava Helen Miller . Năm 1922, Pauling tốt nghiệp Đại học với tấm bằng kỹ sư hoá học. Ông tiếp tục học tiếp tại Viện Công nghệ California, những nghiên cứu này của ông liên quan đến việc sử dụng của sự nhiễu xạ tia X để xác định cấu trúc tinh thể . Ông nhận bằng Tiến sĩ ngành vật lý và vật lý toán học vào năm 1925.