Ronnie James Dio sinh ra ở Portsmouth, New Hampshire, trong gia đình cha mẹ là người Mỹ gốc Ý và đã chuyển đến Portsmouth từ Cortland, New York, nơi anh lớn lên.[6] Gia đình sinh sống ở Portsmouth chỉ một thời gian ngắn trước khi cha mẹ Dio quay lại Cortland. Dio đã nghe nhiều bản opera khi đang trưởng thành, và đã ảnh hưởng giọng ca từ ca sĩ tenor Mỹ Mario Lanza.[7] Khóa đào tạo âm nhạc đầu tiên và duy nhất dành cho cậu bắt đầu khi cậu lên 5 tuổi và học chơi kèn trumpet.[7] Thời trung học, Dio chơi trong ban nhạc nhà trường và là một trong những thành viên trẻ nhất được lựa chọn chơi trong Dance Band chính thức của nhà trường. Cũng trong trường trung học Dio thành lập nhóm nhạc rock-n-roll đầu tiên của mình, The Vegas King (tên sau đó sớm thay đổi thành Ronnie & Rumblers, và sau đó Ronnie & Caps Red). Mặc dù Dio bắt đầu sự nghiệp rock-n-roll của mình chơi trumpet, anh nhanh chóng bổ sung guitar bass cho mình khi ông đảm nhận nhiệm vụ hát cho nhóm.

Dio tốt nghiệp từ Trường trng học Cortland vào năm 1960. Mặc dù anh tuyên bố trong một cuộc phỏng vấn sau đó đã được cung cấp một suất học bổng uy tín của Trường nhạc Juilliard, anh đã không theo đuổi nó do sự anh tiếp tục có mối quan tâm đối với rock-n-roll.[8] Thay vào đó, sau khi tốt nghiệp, anh theo học Đại học Buffalo, theo học ngành dược.[9] Anh chỉ tham gia từ năm 1960 đến năm 1961, và chơi trumpet trong ban nhạc hòa nhạc của trường đại học, và không tốt nghiệp.[6]Mặc dù được biết đến với giọng hát mạnh mẽ, Dio tuyên bố không bao giờ tham gia bất kỳ đào tạo thanh nhạc nào.[5]. Thay vào đó, anh cho rằng khả năng ca hát của mình nhờ sử dụng các kỹ thuật thở đúng học được trong khi chơi trumpet.