Theo sách Khâm định Việt sử Thông giám Cương mục, Lưu Cơ người động Hoa Lư, châu Đại Hoàng (Ninh Bình). Trong "Đại vương Ngọc phả lục" (còn gọi là Đình Phả đình Đại Từ) ghi Lưu Cơ quê ở trang Tri Hối, huyện Gia Viễn (nay là thôn Tuy Hối, xã Gia Tân, huyện Gia Viễn, Ninh Bình).[2]

Theo một số thần tích và ghi chép khác thì Lưu Cơ người quê ở Bồ Bát, Bạch Liên, Yên Mô, Ninh Bình. Tuy nhiên, theo cuốn "Những nhân vật lịch sử thời Đinh Lê"[3] thì ông là người cùng làng và cùng tuổi với Đinh Tiên Hoàng, cha là Lưu Hỷ, mẹ là Lê Thị Lao. Hai người lấy nhau hơn 10 năm mà không có con. Sau khi đi cầu tự đền Sơn Thần ở Bạch Bát (nay thuộc xã Yên Thành, Yên Mô, Ninh Bình) đến ngày mồng 3 tháng 1 năm Giáp Thân 924 sinh ra ông. Từ thuở nhỏ, ông đã cùng Đinh Điền, Nguyễn Bặc, Trịnh Tú kết bạn với Đinh Bộ Lĩnh, cùng nhau chơi trò đánh trận cờ lau.

Theo Đại Việt sử lược, cuốn sử đời Trần duy nhất ghi rằng, Lưu Cơ sinh ngày mồng 3 tháng 1 năm 940. Gần đây, có nhiều ý kiến ủng hộ giả thuyết ông sinh năm 940, tức là cùng quê nhưng khác năm sinh và cả năm mất với Đinh Bộ Lĩnh và 3 vị tứ trụ triều đình còn lại là Nguyễn Bặc, Đinh Điền, Trịnh Tú. Cũng theo giả thuyết này thì ông sống tận đến tận khi giao thành Đại La cho Lý Công Uẩn.

Theo thần tích đình Đồng Hạ ở xã Đức Hợp, huyện Kim Động, tỉnh Hưng Yên thì Lưu Cơ có người em trai tên là Lưu Lang. Năm 13 tuổi cha mẹ đều mất, Lưu Lang theo anh là Lưu Cơ, cùng Nguyễn Bặc, Đinh Điền cầm đầu bọn trẻ chăn trâu. Sau đó, Lưu Lang cùng về Tế Giang, Đằng Châu, Bố Hải dẹp được 12 sứ quân và tôn Đinh Bộ Lĩnh lên làm vua. Vua Đinh Tiên Hoàng phong Lưu Cơ là Đô hộ phủ sĩ sư, Lưu Lang là Phó sĩ sư.[4]