Nguyễn Chí Vịnh sinh ngày 15 tháng 5 năm 1957[2] tại Hà Nội, nguyên quán ở thôn Niêm Phò, huyện Quảng Điền, tỉnh Thừa Thiên - Huế. Ông là con trai của cố Đại tướng Nguyễn Chí Thanh. Nguyên tên Đại tướng Nguyễn Chí Thanh là Nguyễn Vịnh, vì vậy về sau ông lấy tên khai sinh của mình đặt tên cho con trai là Nguyễn Chí Vịnh.[3] Mẹ ông là bà Nguyễn Thị Cúc, thiếu tá, công tác ở Bệnh viện 108, mất năm 1979. Chị gái ông là Nguyễn Thanh Hà, nguyên Phó Cục trưởng Cục Hàng không Việt Nam, từ 2007 đến nay là Chủ tịch Hội đồng quản trị – Công ty Cổ phần Hàng không Vietjet Air.