Nguyễn Phúc Nguyên là con thứ sáu của chúa Tiên Nguyễn Hoàng (1525–1613), mẹ là Nguyễn thị. Ông sinh ngày 28 tháng 7 năm Quý Hợi, tức ngày 16 tháng 8 năm 1563. Nguyễn Phúc Nguyên là người đầu tiên trong dòng dõi chúa Nguyễn mang họ kép Nguyễn Phúc. Tương truyền lúc mang thai, mẹ ông chiêm bao thấy có vị thần đưa cho một tờ giấy trên có đề chữ "Phúc". Lúc kể lại chuyện, mọi người chúc mừng bà và đề nghị đứa bé ra đời được đặt tên là "Phúc".[2] Nhưng bà nói rằng, nếu chỉ đặt tên Phúc cho đứa bé thì chỉ một mình nó hưởng, để cho nhiều người trong dòng họ được hưởng phúc, bà đề nghị lấy chữ này làm chữ lót. Và khi thế tử ra đời bà đặt tên là Nguyễn Phúc Nguyên.[2] Theo sách Đại Nam thực lục, sau khi kế nghiệp Nguyễn Hoàng, Nguyễn Phúc Nguyên cho sửa thành lũy, đặt quan ải, vỗ về quân dân, trong ngoài đâu cũng vui phục, bấy giờ người ta gọi là Chúa Phật. Từ đấy mới xưng quốc tính là họ Nguyễn Phúc hay Nguyễn Phước.[3]

Các con của Nguyễn Hoàng, người con đầu là Nguyễn Hà, con thứ là Nguyễn Hán, con thứ ba là Nguyễn Diễn và con thứ tư là Nguyễn Thành đều đã mất sớm; người con thứ năm là Nguyễn Hải ở lại Bắc Hà làm con tin, chỉ còn Nguyễn Phúc Nguyên là người có khả năng kế thừa cơ nghiệp của Nguyễn Hoàng. Năm 1585, khi mới 22 tuổi, Thế tử Nguyễn Phúc Nguyên dẫn một hạm đội 10 chiếc đến bến Cửa Việt, tiêu diệt hai chiếc tàu hải tặc Shirahama Kenki[4][5] (Bạch Tần Hiển Quý), người Nhật Bản. Chúa Tiên (tức Nguyễn Hoàng) vui mừng khen rằng:

Năm Nhâm Dần (1602), Nguyễn Phúc Nguyên được cử đến trấn thủ dinh Quảng Nam.[1] Nguyễn Phúc Nguyên tuổi lớn lại giỏi, ngày thường cùng các tướng bàn luận việc binh, tính toán có nhiều việc đúng. Nguyễn Hoàng biết có thể trao phó nghiệp lớn.