Phạm Thận Duật có hiệu là Quan Thành, hiệu là Vọng Sơn (tên một ngọn núi ở quê Ninh Bình của ông), quê ở làng Yên Mô Thượng, xã Yên Mạc, huyện Yên Mô, Ninh Bình. Ông sinh ngày 4 tháng 11 năm Ất Dậu (1825), dưới triều Minh Mạng, trong một gia đình nông dân nghèo, có truyền thống hiếu học. Năm 9 tuổi, ông học Nho học ở thầy Vũ Phạm Khải ở làng bên, nhưng chỉ được vài ngày thì Vũ Phạm Khải phải lên đường vào kinh nhậm chức, Phạm Thận Duật đến học người cậu ruột là Nguyễn Hữu Văn. Sau đó theo học thầy đồ Phạm Tư Tề là người làng, ra Xuân Trường (Nam Định) mở trường dạy học. Sau 4 năm, ông quay về học Lục Khê cư sĩ Phạm Đức Diệu, người Nộn Khê cùng huyện Yên Mô, sau này trở thành nhạc phụ của ông. Lục Khê cư sĩ nhận thấy tư chất tốt của ông nên năm ông 21 tuổi đã đưa ông đến nhờ người bạn thân là Hoàng giáp Phạm Văn Nghị, người Nam Định khi ấy vừa cáo quan về quê mở trường dạy học.[1][2]