Nguyễn Hoàng là người ở làng Gia Miêu, huyện Tống Sơn, phủ Hà Trung, xứ Thanh Hoa[1], là con trai thứ của Nguyễn Kim và bà chính thất Nguyễn Thị Mai, con gái của Đặc tiến quốc thượng tướng quân thự vệ sự triều Lê Nguyễn Minh Biện (quê ở làng Phạm Xá, xã Ngọc Sơn, huyện Tứ Kỳ, tỉnh Hải Dương). Tiên tổ Nguyễn Hoàng là Nguyễn Công Duẩn, theo vua Lê Thái Tổ, làm quan đến Phụng thần vệ tướng quân Gia đình Hầu, Hoành quốc công. Nguyễn Công Duẩn sinh Nguyễn Đức Trung, đời vua Lê Nhân Tông làm Điện tiền chỉ huy sứ, đã cùng Nguyễn Xí mưu lập vua Lê Thánh Tông, làm đến Đô đốc Trịnh quốc công. Nguyễn Đức Trung sinh Nguyễn Văn Lãng (hay Lang), Nguyễn Văn Lang làm tướng triều đình thời Lê Uy Mục. Khi vua Uy Mục mất lòng dân, Nguyễn Văn Lang cùng con là Nguyễn Hoằng Dụ họp quân ba phủ xứ Thanh tôn con Kiến vương Lê Tân là Lê Oanh lên làm vua. Lê Oanh đánh đổ Lê Uy Mục, trở thành vua Lê Tương Dực, đã phong Nguyễn Văn Lang tước Nghĩa quốc công, Nguyễn Hoằng Dụ làm Thái phó Trừng quốc công.

Cha của Nguyễn Hoàng là Nguyễn Kim, con trưởng của Nguyễn Văn Lưu, làm quan cuối triều Lê sơ, giữ chức Hữu vệ điện tiền tướng quân, tước An hòa hầu. Năm 1527, Mạc Đăng Dung cướp ngôi nhà Lê, Nguyễn Kim có chí muốn khôi phục, ông dẫn con em sang Ai Lao thu nạp hào kiệt, tìm con cháu nhà Lê phò lập.[2][3]