Kwolek sinh ngày 31 tháng 7 năm 1923 ở ngoại ô Pittsburgh của New Kensington, Pennsylvania.[3] Cha của bà, John Kwolek,[3] qua đời khi bà mới lên 10 tuổi.[4] Kwolek cho rằng sự say mê khoa học của mình là do cha bà truyền cho còn sự quan tâm tới thời trang là do mẹ mình, Nellie Zajdel Kwolek.[3][4] Năm 1946, Kwolek tốt nghiệp cử nhân hóa học ở Margaret Morrison Carnegie College của Đại học Carnegie Mellon.[4] Kwolek dự định sẽ học tiếp để lấy bằng tiến sĩ và hy vọng là mình có thể kiếm đủ tiền bằng công việc tạm thời trong lãnh vực liên quan tới hóa học để học tiếp trong một Trường Y học.[4]