Cô tên thật là Trần Thị Thanh Nhàn, sinh năm 1982 tại Vũng Tàu. Cha của cô, ông Trần Ngọc Lý từng chiến đấu tại Rừng Sác (nay thuộc huyện Cần Giờ, thành phố Hồ Chí Minh) trong Chiến tranh Việt Nam. Ông mất năm 2005 do vết thương chiến tranh tái phát và được trao tặng danh hiệu liệt sĩ, mẹ cô là người gốc Thái Bình.[6] Cô lớn lên trong một xóm nhỏ ở tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu.[7] Năm 16 tuổi, cô theo họ hàng sang Đức học hành; cô đã khẳng định với báo Dân trí là đã tốt nghiệp trường đại học Alexander Wiegand tại Đức,[8] một trường không hề có tại nước này.[9]

Ngoài tiếng Việt, cô có thể sử dụng tiếng Anh, tiếng Đức và tiếng Trung.[10] Lý Nhã Kỳ giải thích cho nghệ danh của cô:[11]