Lauterbur gốc người Luxembourg. Sinh ra và lớn lên ở Sidney, Ohio, Lauterbur tốt nghiệp trung học ở trường Sidney High School. Ông học đại học ở Học viện Công nghệ Case tại Cleveland, nay là Đại học Case Western Reserve. Khi còn ở tuổi thiếu niên, Lauterbur đã lập một phòng thí nghiệm riêng ở tầng hầm ngôi nhà của cha mẹ.[3] Thầy giáo dạy môn hóa học ở trường biết là Lauterbur thích làm các thí nghiệm riêng của mình, nên đã cho phép Lauterbur làm các thí nghiệm ở cuối lớp.[3] Khi ông gia nhập Quân đội trong thập niên 1950, các cấp trên đã cho phép ông nghiên cứu trên máy cộng hưởng từ hạt nhân (NMR); khi xuất ngũ ông đã xuất bản 4 bài báo khoa học.[3]