Sunny được sinh ra vào ngày 15 tháng 5 năm 1989 tại Quận Cam, California, Mỹ.[2][3] Gia đình của cô chuyển đến Kuwait khi cô còn rất nhỏ và trở về Hàn Quốc vì chiến tranh vùng Vịnh.[4] Cô có chung ngày sinh nhật với hai người chị gái của mình, Lee Eun-kyu và Lee Jin-kyu.[5]

Năm 1997, Sunny gia nhập công ty Starlight Entertainment và trở thành thực tập sinh tại đây trong vòng 5 năm. Sau đó cô chuyển sang Starworld và trở thành thành viên của nhóm nhạc song ca Sugar với ca sĩ Ayumi Lee. Tuy nhiên nhóm đã không được ra mắt.[3][6] Năm 2007, được sự giới thiệu của Ayumi, Sunny trở thành thực tập sinh của S.M. Entertainment.[7] Sau 9 tháng luyện tập, cô được chọn làm thành viên nhóm nhạc nữ Girls' Generation.