Steven Spielberg sinh ngày 18 tháng 12 năm 1946 tại thành phố Cincinnati thuộc tiểu bang Ohio,[8][9] trong một gia đình Do Thái.[lower-alpha 1][10][11][12] Mẹ ông, Leahanni (nhũ danh Posner, sau này là Adler; 12 tháng 1 năm 1920 - 21 tháng 2 năm 2017),[13] là một nghệ sĩ đàn dương cầm, còn bố ông, Arnold Spielberg (sinh năm 1917 - 26 tháng 8 năm 2020), là một kỹ sư chuyên ngành kỹ thuật điện.[14] Ông bà nội của Spielberg đều là người Ukraine gốc Do Thái,[15][16] đã định cư ở Cincinnati vào những năm 1900; bà của Spielberg đến từ Sudylkiv, trong khi ông của vị đạo diễn thì lại đến từ Kamianets-Podilskyi.[17][18] Năm 1950, gia đình Spielberg chuyển đến thị trấn Haddon, New Jersey, khi cha ông làm việc tại công ty RCA. Ba năm sau, họ lại tiếp tục chuyển đến thành phố Phoenix thuộc bang Arizona.[19] Sau đó Spielberg theo học trường dạy tiếng Do Thái từ năm 1953 đến 1957, trong các lớp học do Rabbi Albert L. Lewis giảng dạy.[20]

Khi còn là một đứa trẻ, Spielberg phải đối mặt với khó khăn trong việc trở thành một người Do Thái chính thống vì nhận thức của những người bạn mà ông chơi cùng. "Đó không phải là điều tôi muốn thừa nhận," vị đạo diễn bày tỏ, "Nhưng khi tôi lên 7, 8, 9 tuổi, xin Chúa tha thứ cho tôi, tôi bắt đầu xấu hổ vì chúng tôi là người Do Thái. Tôi đã bối rối trước những nhận thức thiển cận của mọi người về các phong tục Do Thái của cha mẹ tôi. Tôi không bao giờ hối hận khi là người Do Thái, nhưng đôi lúc tôi cũng cảm thấy khó chịu."[21][22] Spielberg cũng nói rằng ông phải chịu đựng những hành vi định kiến và bị bắt nạt: "Ở trường trung học, tôi bị đánh và đá. Hai lỗ mũi tôi lúc nào cũng toàn là máu. Điều đó thật kinh khủng."[23][24][25] Năm 12 tuổi, ông thực hiện bộ phim đầu tiên tại nhà bằng mô hình đồ chơi Lionel, với nội dung chính là một vụ tai nạn tàu hỏa. Trong suốt thời niên thiếu, và sau khi vào cấp ba, Spielberg tiếp tục làm những bộ phim nghiệp dư 8 mm đề tài "mạo hiểm" với bạn bè.[26]

Vào năm 1958, ông trở thành một hướng đạo sinh và đã nhận được giải thưởng Distinguished Eagle Scout Award, nhờ thực hiện một bộ phim dài 8 phút có tựa đề Cuộc đấu súng cuối cùng.[27] Nhiều năm sau, Spielberg nhớ lại: "Máy ảnh tĩnh của bố tôi bị hỏng, thế nên tôi đã hỏi người hướng đạo xem tôi có thể thực hiện bằng máy quay phim của bố tôi được hay không. Ông ấy nói có, và tôi nảy ra ý tưởng cho một bộ phim. Tôi đã làm nó và nhận được bằng khen của mình. Đó là cách mà mọi thứ bắt đầu."[28] Năm 13 tuổi, khi sống ở Phoenix, Spielberg đã giành giải thưởng đầu tiên nhờ một bộ phim 40 phút đề tài "chiến tranh" mà ông đặt tên là Escape to Nowhere, với dàn diễn viên gồm những bạn học của ông.[29] Điều đó đã thúc đẩy ông làm thêm 15 bộ phim nghiệp dư 8 mm khác.

Một số tác phẩm mà nhà làm phim nói rằng có ảnh hưởng lớn với ông là King of the Monsters (1956), mà ông gọi là "bậc thầy của tất cả các bộ phim về khủng long bởi vì nó khiến bạn tin rằng nó đã thực sự xảy ra",[30] cũng như Captains Courageous (1937), Pinocchio (1940), và đặc biệt là Lawrence xứ Ả Rập (1962), tác mà vị đạo diễn nói rằng "đã đưa tôi vào cuộc hành trình của mình".[31] Năm 1963, ở tuổi 16, Steven Spielberg đã viết và đạo diễn tác phẩm độc lập đầu tiên của mình, một bộ phim phiêu lưu khoa học viễn tưởng dài 140 phút có tên Firelight, đã tạo cảm hứng cho tác phẩm sau này của Spielberg là Close Encounters of the Third Kind. Firelight với ngân sách 500 USD đã được chiếu ở một rạp địa phương và thu về 501 USD.[32] Một nhà báo ở thành phố Phoenix khi đó đã viết rằng cậu học sinh Spielberg sau này có thể làm được những tác phẩm lớn.[33]

Sau khi theo học tại trường trung học Arcadia ở Phoenix trong ba năm, gia đình ông tiếp tục chuyển đến Saratoga, California, và đã tốt nghiệp trường trung học tại thị trấn này vào năm 1965. Sau khi bố mẹ ly dị, Steven Spielberg chuyển đến tiểu bang California ở với bố, trong khi ba em gái và bà mẹ vẫn ở lại Arizona. Mục tiêu lâu dài của ông là trở thành một đạo diễn phim. Tại đây, Spielberg đăng ký vào trường điện ảnh truyền hình của Đại học Nam California nhưng lại không được nhận, vì chỉ tốt nghiệp cấp ba với điểm trung bình loại C. Cuối cùng, Spielberg vào học tại Đại học California tại Long Beach để tránh phải đi lính trong Chiến tranh Việt Nam.[lower-alpha 2][29]

Cũng tại đây, Spielberg bắt đầu tham gia vào ngành công nghiệp điện ảnh với công việc thực tập không lương ở bộ phận biên tập của hãng phim Universal.[34][35] Năm 1968, ông làm bộ phim ngắn đầu tiên để chiếu rạp, đó là tác phẩm dài 26 phút với tựa đề Amblin', do ông chắp bút kiêm đạo diễn. Sidney Sheinberg, người sau đó trở thành phó chủ tịch của Universal đã rất ấn tượng với bộ phim và đề nghị Spielberg ký hợp đồng bảy năm. Ngay lập tức Spielberg trở thành đạo diễn trẻ nhất trong lịch sử được ký hợp đồng dài hạn với một trong những hãng phim lớn ở Hollywood. Ông đã bỏ học và bắt đầu sự nghiệp đạo diễn chuyên nghiệp ở Universal.[36][37] Spielberg sau đó quay lại Đại học bang California, Long Beach và hoàn thành bằng cử nhân về Nghệ thuật Điện ảnh và Điện tử năm 2002.[38]