Sách Đại Việt sử lược và Đại Việt sử ký toàn thư đều chép Lý Công Uẩn người ở Cổ Pháp, Bắc Giang (nay thuộc thị xã Từ Sơn, Bắc Ninh), mẹ họ Phạm.[1][2] Tuy nhiên, tên cha ông không được chép rõ, mà chỉ biết là sau khi ông lên ngôi đã truy tôn cha mình tước Hiển Khánh vương. Sách Đại Việt sử lược cũng chép ông có một người anh trai (sau được phong Vũ Uy vương) và một người em trai (sau phong Dực Thánh vương). Sách Đại Việt sử ký toàn thư cũng chép anh ông sau được phong làm Vũ Uy vương và một người chú được phong Vũ Đạo vương.[3]

Lúc 3 tuổi, bà mẹ của Lý Công Uẩn ẵm ông đến nhà Lý Khánh Văn, Khánh Văn bèn nhận làm con nuôi. Ông từ nhỏ đã thông minh, vẻ người tuấn tú khác thường. Lúc còn nhỏ đi học, nhà sư ở chùa Lục Tổ là Vạn Hạnh thấy, khen rằng: Đứa bé này không phải người thường, sau này lớn lên ắt có thể giải nguy gỡ rối, làm bậc minh chủ trong thiên hạ. Lớn lên, không chăm việc sản nghiệp, chỉ học kinh sử qua loa, khẳng khái có chí lớn.[4]

Theo sách Việt sử tiêu án: Mẹ Lý Công Uẩn năm 20 tuổi nghèo hèn không có chồng, nương tựa người lão Sa môn ở chùa Ứng Thiên, làm việc thổi nấu, khi lửa tắt và bà đương ngủ lơ mơ, lão Sa môn ngẫu nhiên chạm phải, giật mình trở dậy rồi có thai mà sinh ra. Về sau, Lý Công Uẩn nương nhờ cửa Phật, Khánh Văn nuôi lớn, Vạn Hạnh dạy dỗ.[5]