Linh Nga sinh ra trong một gia đình có truyền thống âm nhạc và nghệ thuật.[15] Cha cô, ông Nguyễn Duy Quang là một nhạc sĩ, ca sĩ. Mẹ cô, bà Lê Thị Bích Thủy là một cựu ca sĩ dòng nhạc thính phòng.[16] Anh trai duy nhất của cô, Nguyễn Duy Linh, là một biên đạo múa, diễn viên múa chuyên nghiệp.[17]

Linh Nga phát huy tài năng ca hát và âm nhạc từ khi nhỏ.[18] Năm 5 tuổi, cô lên sân khấu lần đầu tiên trong một trích đoạn ảo thuật thôi miên của ảo thuật gia Thế Hiển đoàn ca múa nhạc Nam Định.[19]