Sinh ra trong một gia đình nhà nông nghèo ở Đô Lương, Nghệ An. Bố anh là ông Nguyễn Công Bảy và mẹ là bà Nguyễn Thị Hoa. Giải thích về cái tên, ông Bảy kể lại rằng khi mang bầu Công Phượng, bà Hoa thường đi làm trên con đường phủ đầy bóng cây Phượng vĩ rất đẹp, nên cả hai đặt tên con là Phượng vì muốn con trai mình có một lương lai rực rỡ như loài hoa ấy.

Trong quá khứ kinh tế gia đình khó khăn, nên tuổi thơ của Công Phượng rất vất vả, không được đi học đầy đủ. Hoàn cảnh gia đình khó khăn đến mức việc mua một quả bóng da là một điều khá xa xỉ ở thời điểm đó nên ông Bảy thường lấy lá chuối khô bện lại thành quả bóng để cho con luyện tập.[5]

Hoàn cảnh gia đình cũng là lý do khiến Công Phượng thường tỏ ra khá tự ti trong những ngày đầu ở trong Học viện. HLV Dương Minh Ninh kể lại: "Hồi mới vào học viện HAGL Arsenal JMG, bố mẹ các đồng đội thường xuyên lên trung tâm Hàm Rồng thăm con và mang theo rất nhiều đồ ăn. Những lúc như vậy, Phượng thường trốn ra một nơi rất khuất, quan sát từ xa với đôi mắt đượm buồn."[6]