Ông có tên húy Lý Càn Đức (李乾德), là con trai trưởng của Lý Thánh Tông và phu nhân Ỷ Lan. Ông sinh giờ Hợi ngày 25 tháng 1 năm Bính Ngọ (22 tháng 2 dương lịch năm 1066)[2] tại cung Động Tiên, kinh đô Thăng Long.[3] Vua Lý Thánh Tông vốn hiếm muộn con trai, đến năm 43 tuổi mới sinh được Càn Đức. Nhà vua rất vui mừng; chỉ một ngày sau khi hoàng tử sinh ra, Thánh Tông lập Càn Đức làm Hoàng thái tử, đổi niên hiệu thành Long Chương Thiên Tự, đại xá thiên hạ và phong Ỷ Lan làm Thần phi.[2]

Tháng 8 âm lịch năm 1070, Lý Thánh Tông lập Văn miếu, xây tượng Khổng Tử, Chu Công và Tứ phối (4 học trò xuất sắc của Khổng Phu Tử) và vẽ tranh Thất thập nhị hiền (72 học trò của Khổng Phu Tử) để hương khói bốn mùa. Nhà vua cho Thái tử Càn Đức học tại đây.[4]

Cuốn Đại Việt sử lược được biên soạn vào thời Trần, có mô tả ngoại hình của Nhân Tông Càn Đức: "Ngài là người có xương trán nổi lên như mắt trời, ấy là dáng mặt của bậc Thiên tử và tay thì buông dài quá đầu gối".[3]