Mahathir bin Mohamad sinh ngày 10 tháng 7 năm 1925 tại Alor Setar, thủ phủ bang Kedah ở miền bắc Malaysia. Mahathir là con út trong gia đình có 9 anh em ruột. Thân sinh ông là thầy giáo Mohamad Iskandar (có cha là tín đồ Đạo hồi Malaysia gốc Ấn di cư từ Kerala, Ấn Độ). Mẹ của ông là bà Wan Tampawan, người Malaysia.

Trong thế chiến thứ II, ông phụ giúp gia đình. Mahathir học tại Trường Trung học Sultan Abdul Hamid, Alor Star. Sau đó, theo học Đại học Y khoa King Edward VII Singapore (nay là Đại học Quốc gia Singapore). Tốt nghiệp đại học y khoa năm 1953, Mahathir tham gia chính phủ với tư cách là chuyên viên y tế.

Ngày 5 tháng 8 năm 1956, Mahathir bin Mohamad kết hôn với bà Siti Hasmah Mohd Ali, bác sĩ và là bạn cùng đại học. Vợ chồng Mahathir bin Mohamad sinh được ba con trai và hai con gái.