Quốc Trung sinh năm 1966 tại Hà Nội, là con trai duy nhất của Nghệ sĩ Nhân dân Trung Kiên và nghệ sĩ Thanh Nga – giảng viên Nhạc viện Hà Nội[15][16]. Sống trong thời kỳ bao cấp khó khăn, song gia đình của Quốc Trung lại không phải quá lo lắng về chi tiêu vì khi đó, chế độ chính sách cho các nghệ sĩ rất được Nhà nước quan tâm. Chính Nghệ sĩ Nhân dân Trung Kiên là người đã dành dụm tặng cho con trai chiếc piano đầu tiên[15]. Do bố mẹ thường phải đi công tác dài ngày, phần lớn thời gian tuổi thơ, Quốc Trung phải sống với bà nội[17]. Khi còn nhỏ, gia đình Quốc Trung sống ở phố Tuệ Tĩnh, sau này chuyển ra phố Đội Cấn, Hà Nội.

Là một cậu bé nghịch ngợm và được nuông chiều, Quốc Trung dù có khiếu âm nhạc song lại chểnh mảng. Tới năm 12 tuổi, khi Quốc Trung vào Nhạc viện để học nhạc, cậu thậm chí vẫn còn chưa biết đọc nhạc[18]. Dù bắt đầu muộn song cậu học rất nhanh và sớm đuổi kịp các bạn[17]. Quốc Trung có giọng hát khá tốt, thần tượng của cậu là Phil Collins và khi còn học ở Nhạc viện Hà Nội, khoa piano, cậu lại rất giỏi môn xướng âm. Mặc dù được bố mẹ kỳ vọng đi theo con đường âm nhạc cổ điển, nhưng Quốc Trung lại bộc lộ rõ niềm đam mê nhạc nhẹ cũng như sự nghiệp sáng tác. Sau khi tốt nghiệp trung cấp piano, Quốc Trung chuyển qua học rồi tốt nghiệp khoa sáng tác. Năm 1990, anh được nhận tại Nhạc viện quốc gia Bulgaria ở thủ đô Sofia – nơi đào tạo nhạc nhẹ nổi tiếng gần như duy nhất lúc bấy giờ trong hệ thống các nước xã hội chủ nghĩa – để theo học trong vòng 1 năm rưỡi[16][17].