Nguyễn Phúc Chu sinh vào tháng 5 âm lịch năm Ất mão (1675),[2] là con cả của Nghĩa vương Nguyễn Phúc Thái. Mẹ ông là Tống Thị Lĩnh ở Tống Sơn, Thanh Hoá (con của Thiếu phó Quận công Tống Phúc Vinh). Đại Nam Thực lục chép: "Trước kia, năm Giáp dần, mùa thu, ở phương Tây Nam trên trời mở ra một lỗ, có mây sắc vận quanh, ở giữa một luồng ánh sáng rực trời tỏa ngay vào chỗ nhà mẫu hậu ở, người thức giả cho là điềm thánh. Năm sau chúa đúng kỳ giáng sinh, mùi thơm nức nhà".[3]

Thuở thiếu thời, ông rất chăm học chữ tốt, văn hay, võ giỏi. Ông được phong là Tả binh đinh Phó Tướng Tộ Trường Hầu, làm phủ đệ ở cơ Tả binh.[3]

Năm 1691, Chúa Nghĩa Nguyễn Phúc Thái qua đời. Quân thần vâng di mệnh, tôn ông là Tiết Chế Thủy Bộ chư Dinh Kiêm Tổng Nội Ngoại Bình Chương Quân Quốc Trọng Sự Thái Bảo Tộ Quốc Công.[3]

Bấy giờ, khi nối ngôi chúa Phúc Chu mới có 17 tuổi. Ông lấy hiệu là Thiên túng đạo nhân, cho giảm một nửa thuế ruộng trong năm đó.[3] Thời bấy giờ gọi ông là Minh Chúa hoặc Quốc Chúa.[4]