Noomi được sinh ra ở Hudiksvall, Thụy Điển. Mẹ của cô là bà Nina Noren (tên cũ Kristina Noren, sinh năm 1954) cũng là một nữ diễn viên người Thụy Điển, còn ba cô là ông Rogelio Duran (sinh ngày 10 tháng 11 năm 1953 mất ngày 4 tháng 11 năm 2006) là một ca sĩ nhạc Flamenco đến từ Badajoz.[2]

Cô nói rằng ba cô có thể có gốc người Romani, và cô nghĩ rằng "không chắc chắn có đúng không", cô "luôn luôn có niềm hứng thú với nền văn hóa của Romani". Chị của Noomi là Saerun Noren là một nhiếp ảnh gia.

Noomi nói cô chỉ gặp ba của mình vài lần trước khi ông mất. Lúc 5 tuổi, cô chuyển từ Thụy Điển tới Flúðir, Iceland cùng mẹ ruột và cha kế. Hai năm sau, cô tham gia diễn xuất với vai diễn nhỏ trong một bộ phim của Iceland tên In the Shadow of the Raven.

Noomi nói sành sõi tiếng Iceland, Đan Mạch, Na Uy và tiếng Anh cùng với tiếng mẹ đẻ Thụy Điển.[3]