McCartney chào đời ngày 18 tháng 6 năm 1942 ở bệnh viện Walton, Liverpool, Anh. Cha của cậu, James, hay gọi là "Jim" McCartney không có mặt trong khoảnh khắc ra đời của con trai vì làm lính cứu hỏa tình nguyện trong Chiến tranh thế giới thứ hai[14]. Paul có một em trai, Michael, sinh năm 1944. Mặc 2 anh em nhà McCartney đều được đặt theo tên thánh tại nhà thờ Công giáo theo tín ngưỡng của mẹ, không khí tôn giáo ít hiện hữu trong gia đình bởi ông Jim từng theo đạo Tin Lành nhưng về sau trở nên bất khả tri[15].

Năm 1947, Paul đi học tại trường tiểu học Stockton Wood Road, trường này bị quá tải nên năm 1949 cậu chuyển sang trường Joseph Williams.[16]. Năm 1953, Paul là một trong số 4 đứa trẻ vượt qua kì thi tốt nghiệp tiểu học của trường (trên tổng số 90 thí sinh)[17]. Năm 1954, khi đang ngồi trên chiếc xe bus để đi từ nhà tới khu nội trú của trường nam sinh Liverpool[18] ở vùng Speke, cậu đã gặp George Harrison[19]. Hai người nhanh chóng trở thành bạn, mặc dù sau này McCartney thú nhận: "Tôi có xu hướng nói với giọng kẻ cả với cậu ấy, bởi cậu ta kém tôi một tuổi[20].

Trong gia đình, nguồn thu nhập chính đến từ bà Mary làm nghề đỡ đẻ. Bà thường đến nhà khách hàng bằng xe đạp, và McCartney từng kể lại một ký ức thiếu thời về việc bà đi làm vào "khoảng 3 giờ sáng, con đường... dày tuyết"[21]. Năm 1955, nhà McCartney chuyển về số 20 đường Forthlin, Allerton, nơi mà họ sống tới tận năm 1964[22]. Năm 1956, bà Mary qua đời sau một phẫu thuật loại bỏ khối u gây ung thư vú[23]. Mồ côi mẹ ở tuổi 14, Paul nhờ đó dễ dàng có được tình bạn và sự đồng cảm sau này từ John Lennon, một người cũng mồ côi mẹ sau một tai nạn xe hơi khi mới 17 tuổi[24].

Jim McCartney cũng là một nhạc công chơi kèn trumpet cũng như piano, từng là thủ lĩnh một ban nhạc ít tiếng tăm tên là Jazz Jim Mac. Ông động viên hai con trai của mình chơi nhạc[a], và chính ông là người mua cho Paul chiếc đàn piano ở cửa hàng NEMS của Brian Epstein[25]. Ông tặng Paul một chiếc kèn mạ kền vào ngày sinh nhật thứ 14 của cậu, nhưng trước làn sóng rock and roll đang lên mạnh mẽ[26], Paul đã đổi nó để lấy chiếc guitar Framus Zenith trị giá 15 bảng. Là người thuận tay trái, cậu thấy rằng chiếc guitar được thiết kế cho người thuận tay phải thực sự khó chơi; tuy nhiên sau khi được xem buổi hòa nhạc của Slim Whitman, cậu đã biết rằng tốt hơn là nên chỉnh dây theo chiều ngược lại[27]. Ca khúc đầu tiên mà Paul viết là "I Lost My Little Girl" bằng cây đàn acoustic này, sau đó là "When I'm Sixty-Four" với chiếc piano[25]. Trái với lời khuyên của cha, cậu ít luyện tập piano mà ưa học ứng tấu (learn by ear) hơn[28]. Ca khúc đầu tiên mà cậu trình diễn là "Long Tall Sally" trong một cuộc thi tài năng ở hội trại[29].