Nguyễn Văn Thiệu sinh ngày 5 tháng 4 năm 1923 tại Phan Rang, Tháp Chàm, có quê gốc tại tại làng Tri Thủy, xã Tân Hải, quận Thanh Hải, tỉnh Ninh Thuận, (nay là xã Tân Hải, huyện Ninh Hải, tỉnh Ninh Thuận), được rửa tội theo Công giáo với tên thánh là Martino. Ông là con út trong gia đình có bảy người con (năm trai, hai gái) nên lúc nhỏ được gọi là cậu Tám.[3] Ông có hai người anh: Nguyễn Văn Hiếu (hơn ông Thiệu 16 tuổi) và Nguyễn Văn Kiểu. Nguyễn Văn Hiếu thời Đệ Nhị Cộng hòa được bổ làm đại sứ ở Ý còn Nguyễn Văn Kiểu làm đại sứ ở Đài Loan.[4]

Khi đi học Nguyễn Văn Thiệu lấy ngày sinh là ngày 24 tháng 12 năm 1924.[3] Học hết lớp đệ tứ (lớp 9) ở quê nhà ông được người anh cả Nguyễn Văn Hiếu giúp đưa vào học trong một trường dòng Công giáo của Pháp là Pellerin tại Huế. Khi chiến tranh thế giới thứ hai bùng nổ, ông hoàn thành khóa học và quay trở về nhà. Trong ba năm Nhật Bản chiếm đóng, ông làm nông cùng với gia đình. Quan điểm của ông về chủ nghĩa dân tộc ngày càng gia tăng cùng với sự bại trận của Nhật Bản và sự quay lại của quân đội Pháp ở Đông Dương.

Ông thông thạo hai ngoại ngữ: tiếng Anh và tiếng Pháp.

Sau khi chiến tranh thế giới thứ hai kết thúc năm 1945, Nguyễn Văn Thiệu tham gia lực lượng Việt Minh do Hồ Chí Minh đứng đầu.[5] Ông cùng các đồng chí được huấn luyện quân sự trong rừng, dùng gậy tre vì không có súng. Năng lực quản lý của ông sớm được công nhận, sau đó được bổ nhiệm trở thành một người đứng đầu huyện. Nhưng sau chưa đến một năm, ông đào ngũ.

Sau này, trong một cuộc phỏng vấn (khi đã vào hàng ngũ Việt Nam Cộng hòa), Nguyễn Văn Thiệu nói lý do đào ngũ là "Tôi biết rằng Việt Minh là chủ nghĩa Cộng sản" và rằng: "họ bắn người dân, họ lật đổ các ủy ban xã, họ tịch thu đất đai".[5] Ông bí mật vào Sài Gòn, rồi với sự giúp đỡ của anh là Nguyễn Văn Hiếu, ông được nhận vào học trường Hàng hải (1946-1947). Sau hai năm, ông được mang cấp sĩ quan, nhưng từ chối làm việc trên một con tàu khi biết được chủ người Pháp sẽ trả lương cho ông thấp hơn lương của sĩ quan Pháp.

Quân đội Quốc gia Việt Nam

Tháng 9 năm 1949, Nguyễn Văn Thiệu rời bỏ ngành hàng hải và nhập ngũ vào Quân đội Liên hiệp Pháp, mang số quân: 43/300.661, ghi danh khóa sĩ quan võ bị đầu tiên của Quân đội Quốc gia khai giảng ngày 1 tháng 10 năm 1948 (khóa Bảo Đại, sau đổi tên thành khóa Phan Bội Châu) tại trường Võ bị Huế, tiền thân của Trường Võ bị Đà Lạt. Ngày 25 tháng 9 năm 1949, tốt nghiệp với cấp bậc Thiếu úy, ra trường phục vụ trong một đơn vị Bộ binh của Quân đội Quốc gia thuộc Liên hiệp Pháp. Chức vụ đầu tiên ông đảm nhiệm là Trung đội trưởng đồn trú tại Mỏ Cày, Bến Tre. Cùng năm đó, ông được cử sang Pháp học ở trường Bộ binh Coedquidan thuộc Võ bị Liên quân Saint Cyr.

Trong những trận giao chiến với Việt Minh, Nguyễn Văn Thiệu có tiếng là có năng lực chỉ huy. Do chính sách chế tài đối với những sĩ quan ở miền Trung và miền Nam nên ông được điều ra Bắc. Đầu năm 1951 ông được thăng cấp Trung úy đi học khóa chỉ huy chiến thuật tại Trung tâm Huấn luyện Chiến thuật Hà Nội.[6] Cũng trong năm này ông kết hôn với Nguyễn Thị Mai Anh là một tín đồ Công giáo Roma. Sau đó ông đã cải đạo, theo đạo Công giáo. Tháng 7 cùng năm ông được điều về trường Võ bị Đà Lạt làm Trung đội trưởng khóa sinh của khóa 5.

Năm 1952, sau khóa đào tạo Tiểu đoàn trưởng và Liên đoàn trưởng lưu động tại Hà Nội, Nguyễn Văn Thiệu được thăng cấp Đại úy và được điều chuyển cùng với Trung úy Cao Văn Viên, Đại úy Đỗ Mậu về Bộ chỉ huy Mặt trận Hưng Yên do Trung tá Dương Quý Phan[7] làm Chỉ huy trưởng. Tại đó Đỗ Mậu giữ chức Tham mưu trưởng, còn Nguyễn Văn Thiệu giữ chức Trưởng phòng 3, và Cao Văn Viên giữ chức Trưởng phòng Nhì.

Đầu năm 1954, ông được thăng cấp Thiếu tá chỉ huy Liên đoàn Bộ binh số 11 và đã dẫn đầu một cuộc hành quân đánh vào làng quê Thanh Hải, nơi ông từng sinh sống. Việt Minh rút lui vào căn nhà cũ của gia đình ông và tin rằng ông sẽ không tấn công tiếp, nhưng họ đã nhầm.[8] Nguyễn Văn Thiệu đã cho nổ mìn đánh bật được lực lượng Việt Minh ra khỏi khu vực, nhưng đồng thời căn nhà nơi ông sinh ra và lớn lên cũng bị phá hủy. Sau ngày 20 tháng 7, Nguyễn Văn Thiệu làm Trưởng phòng 3 Đệ nhị Quân khu Trung Việt do Đại tá Trương Văn Xương[9] làm Tư lệnh. Tháng 10 ông làm Tham mưu trưởng Đệ Nhị Quân khu sau khi bàn giao chức Trưởng phòng 3 cho thiếu tá Trần Thiện Khiêm. Cuối năm đi làm Tiểu khu trưởng Ninh Thuận thay thiếu tá Đỗ Mậu.

Quân đội Việt Nam Cộng hòa

Năm 1955, chuyển sang thời Đệ Nhất Cộng hòa, Nguyễn Văn Thiệu được thăng cấp Trung tá và được bổ nhiệm chức vụ Chỉ huy trưởng Trường Võ bị Đà Lạt thay thế trung tá Nguyễn Văn Chuân sau khi bàn giao Tiểu khu Ninh Thuận lại cho thiếu tá Thái Quang Hoàng. Tháng 7 năm 1957 ông bàn giao Trường Võ bị lại cho đại tá Hồ Văn Tố du học khóa Chỉ huy & Tham mưu cao cấp tại Leavenworth, Kansas, Hoa Kỳ. Năm 1958, ở Mỹ về ông được tái nhiệm Chỉ huy trưởng trường Võ bị thay lại cho Đại tá Tố đi làm Chỉ huy trưởng Trung tâm huấn luyện Quang Trung.

Năm 1959, Nguyễn Văn Thiệu bàn giao Trường Võ bị cho Thiếu tướng Lê Văn Kim để đi học khóa Tình báo Tác chiến tại Okinawa, Nhật Bản. Mãn khóa học về làm Tham mưu trưởng Hành quân tại Bộ Tổng tham mưu. Ngày Quốc khánh Đệ nhất Cộng hòa 26 tháng 10 cùng năm ông được thăng cấp Đại tá, ngay sau đó được cử đi du học lớp Phòng không tại Trường Fort Bliss, Texas, Hoa kỳ.

Tháng 10 năm 1961, Nguyễn Văn Thiệu được bổ nhiệm chức vụ Tư lệnh Sư đoàn 1 Bộ binh thay cho Đại tá Nguyễn Đức Thắng đi làm Tư lệnh Sư đoàn 5 Bộ binh. Cuối năm 1962, ông được lệnh bàn giao Sư đoàn 1 lại cho Đại tá Đỗ Cao Trí (nguyên Chỉ huy trưởng Trường Hạ sĩ quan Đồng Đế) để đi làm Tư lệnh Sư đoàn 5 Bộ binh thay Đại tá Nguyễn Đức Thắng về Bộ Tổng Tham mưu làm Trưởng phòng Hành quân.[cần dẫn nguồn]