Díaz-Canel sinh ngày 20 tháng 4 năm 1960 tại thành phố Placetas ở Villa Clara, là con của Aída Bermúdez, một giáo viên, và Miguel Díaz-Canel, một công nhân nhà máy ở Santa Clara.[8][9] Phía nội ông có nguồn gốc trực tiếp từ Tây Ban Nha (Asturias); người cố của ông là Ramón Díaz-Canel đã đến La Habana từ Castropol, Asturias, trong cuối thế kỷ 19.[10][11]

Ông tốt nghiệp Đại học Trung ương Las Villas năm 1982 với bằng kỹ sư điện tử và sau đó gia nhập Bộ các Lực lượng Vũ trang Cách mạng Cuba.[1] Từ tháng 4 năm 1985, ông giảng dạy tại trường của mình. Năm 1984, ông hoàn thành sứ mệnh quốc tế ở Nicaragua với chức Bí thư thứ nhất Đoàn Thanh niên Cộng sản Cuba tại Villa Clara.