Phạm Nhật Vượng sinh ngày 5 tháng 8 năm 1968 tại Hà Nội (theo Forbes)[9] hoặc ở An Lão, Hải Phòng (theo VietNamNet, dẫn theo Giadinhonline)[10]. Cha Phạm Nhật Vượng là Phạm Nhật Quang (bí danh: Phạm Dương[11])- một quân nhân, phục vụ trong lực lượng Không quân, Quân đội Nhân dân Việt Nam. Mẹ ông bán trà rong trên phố.[9]

Ông bà nội của Phạm Nhật Vượng là Phạm Nhật Phước và Nguyễn Thị Biện quê ở làng Phù Lưu (nay là xã Phù Lưu, huyện Lộc Hà, tỉnh Hà Tĩnh) sinh được hai người con. Người chị tên Phạm Thị Lộc, người em trai tên Phạm Nhật Quang (sinh năm 1926).

Phạm Nhật Quang tập kết ra Bắc và lấy vợ là người làng Hạ Trang, Bát Trang, An Lão, Hải Phòng.[12] Hai ông bà có ba người con: Phạm Nhật Vượng (1968), Phạm Lan Anh (1969) và Phạm Nhật Vũ (1972).

Em trai của Phạm Nhật Vượng, Phạm Nhật Vũ, là chủ tịch An Viên Group có niềm đam mê với võ thuật nên mời rất nhiều vệ sĩ là Võ sư nổi tiếng.[13] Trưa 13-4-2019, Phạm Nhật Vũ bị khởi tố, bắt tạm giam về tội Đưa hối lộ, quy định tại khoản 4, điều 364 Bộ luật Hình sự năm 2015 trong thương vụ MobiFone mua 95% cổ phần AVG.[14]

Em gái Phạm Nhật Vượng - bà Phạm Lan Anh là một người khá kín tiếng với giới truyền thông mặc dù hiện đang là Thành viên HĐQT đồng thời kiêm chức vụ lãnh đạo chủ chốt của tổ Bảo hiểm tài sản của Tập đoàn Vingroup. Ngoài ra bà còn đứng tên Tổng Giám đốc 3 công ty của riêng mình, hoạt động trong các lĩnh vực truyền thông viễn thông, đầu tư công nghệ và dịch vụ. Bà từng theo học trường cấp 3 Kim Liên với thành tích xuất sắc, tốt nghiệp cử nhân, thạc sĩ, TS kinh tế.