Song Joong-ki sinh ngày 19 tháng 9 năm 1985. Anh là con thứ trong gia đình có 3 anh chị em, anh trai sinh năm 1983 và em gái sinh năm 1992.[5]

Song Joong-ki từng là một vận động viên trượt băng tốc độ cự ly ngắn[6] và 3 lần đại diện cho thành phố quê hương Daejeon của anh tham dự giải trượt băng tốc độ quốc gia (anh từng diễn một vai vận động viên trượt băng tốc độ quốc gia trong bộ phim truyền hình Triple).[7][8] Tuy nhiên, anh đã phải từ bỏ môn thể thao này sau khi gặp phải sự cố chấn thương ở đầu gối trong năm đầu tiên ở trường trung học. Gác lại giấc mơ vận động viên, Song Joong-ki sau đó hoàn toàn tập trung vào việc học và điểm số của anh đã được cải thiện đáng kể, thậm chí đạt được điểm cao nhất cho tất cả các môn học của mình. Anh đã xuất sắc trong suốt quá trình học tại trường trung học và đạt được 380 điểm trong số 400 điểm cho kỳ thi tuyển sinh đại học quốc gia,[9] được nhận vào trường Đại học Sungkyunkwan danh tiếng.[10] Khi ở Seoul chuẩn bị cho bài kiểm tra kỳ thi tuyển sinh, anh đã được tuyển chọn trên tàu điện ngầm bởi một nhân viên của một công ty nhưng không lập tức nhận lời vì anh vẫn còn mơ hồ về con đường sự nghiệp của mình[11] và cũng vì ban đầu cha anh đã phản đối việc anh trở thành một diễn viên.[12] Anh tiếp tục học sau khi quyết định tham gia vào ngành giải trí trong năm thứ ba đại học,[13] cuối cùng tốt nghiệp ngành quản trị kinh doanh và văn bằng hai là phát thanh truyền hình vào năm 2012.[14][15]

Song Joong-ki xuất hiện lần đầu tiên trên truyền hình với tư cách thí sinh trên chương trình Quiz Korea của KBS, thay thế cho một đàn anh bị ốm,[13] và đạt vị trí số 2 ở vòng chung kết. Điều này mang lại cho anh sự chú ý và trở thành người mẫu trang bìa tạp chí College dành cho sinh viên.[7][8][16]