Phan Thanh chào đời ngày 1 tháng 6 năm 1908 tại làng Bảo An, tổng Đa Hòa, phủ Điện Bàn, tỉnh Quảng Nam (nay thuộc xã Điện Quang, huyện Điện Bàn, tỉnh Quảng Nam). Đây là một làng nhỏ bên bờ sông Thu Bồn, cách Đà Nẵng gần 40 km về phía nam, là một trong 24 làng cũ thuộc vùng Gò Nổi[1].

Phan Thanh là thành viên trong gia tộc họ Phan, phái nhì, đời thứ 13, cùng đời với Phan Thành Tài. Ông nội ông là Cử nhân Phan Khắc Nhu, cha là nhà Nho Phan Định (1868-1929) (thường gọi Biện Chín), bác ruột là Phó bảng Phan Trân (cha của nhà văn Phan Khôi). Mẹ ông là Lê Thị Tiếu, con gái của Cử nhân Lê Đăng Cung; cậu là học giả Sở Cuồng Lê Dư[2].

Ông bà Phan Định có 12 người con, 7 trai, 5 gái. Phan Thanh là người con trai thứ ba trong năm anh em trai (ngoài hai người anh trai đã mất khi còn bé). Cả năm anh em đều từng tham gia hoạt động cách mạng, hai anh Phan Hạnh và Phan Nhụy từng tham gia cuộc khởi nghĩa Duy Tân[3]. Em trai ông là Phan Bôi, tức Hoàng Hữu Nam (1911-1947) cũng là nhà hoạt động cách mạng, đảng viên Đảng Cộng sản Đông Dương từ năm 1930, sau này trở thành Đại biểu Quốc hội khóa I và Thứ trưởng Bộ Nội vụ của Việt Nam Dân chủ Cộng hòa.