Cruise được sinh ra tại Syracuse, New York, là con trai của Mary Lee (họ gốc Pfeiffer), một giáo viên giáo dục đặc biệt, và Thomas Cruise Mapother III,[3] một kỹ sư điện, cả hai đều đến từ Louisville, Kentucky.[4][5] Anh có ba chị em ruột là Lee Anne, Marian và Cass. Họ đều mang dòng máu Anh, Đức và Ireland.[6][7] Một trong những kị bên họ nội của Cruise là Patrick Russell Cruise, người được sinh ra tại miền bắc Hạt Dublin vào năm 1799; ông cưới Teresa Johnson ở Hạt Meath vào năm 1825. Họ rời Ireland tới Mỹ cùng năm đó và sinh sống tại New York.[6] Cả hai người có một con gái tên là Mary Paulina Russell Cruise, và con trai của bà, Thomas Cruise Mapother, chính là cụ của Cruise.[8][9][10][11] Em họ của Cruise, William Mapother, cũng là một diễn viên; và cả hai anh em đã xuất hiện cùng nhau trong tổng cộng năm phim.[12]

Cruise lớn lên trong gia cảnh nghèo nàn, và được nuôi dạy theo Công giáo Rôma. Cha anh là người hay bạo hành gia đình,[13] và Cruise đã từng bị cha mình đánh đập, "Ông ấy là loại người mà, nếu sự việc đi quá xa, ông ấy sẽ đá bạn. Đó là một bài học lớn của đời tôi—cái cách mà ông ấy ru bạn ngủ, khiến bạn cảm thấy an toàn và rồi, bốp! Đối với tôi, nó như kiểu, 'Có điều gì đó rất sai đối với người đàn ông này. Đừng tin ông ta. Hãy cẩn thận khi ở bên cạnh ông ta.'"[13]

Cruise có một khoảng thời gian thơ ấu sinh sống tại Canada. Gia đình anh chuyển tới Beacon Hill, Ottawa vào cuối năm 1971 để cha của Cruise có thể làm cố vấn quốc phòng trong Quân đội Canada.[14] Tại đây, Cruise theo học lớp bốn và lớp năm tại trường Robert Hopkins Public School.[14][15] Ở lớp bốn, Cruise lần đầu tiên được tham gia vào diễn xuất, dưới sự dẫn dắt của George Steinburg. Cruise cùng sáu bạn nam khác tham gia một vở nhạc kịch có tên là IT tại lễ hội kịch của trường Carleton Elementary School.[14] Trưởng ban tổ chức Val Wright, người đã đứng ở hàng khán giả đêm đó, cho biết, "Màn diễn xuất và ứng khẩu thật tuyệt vời."[14] Cruise cũng chơi nhiều môn thể thao trong trường, đặc biệt là khúc côn cầu trong nhà.

Năm lớp sáu, Cruise theo học tại trường Henry Munro Middle School tại Ottawa, Canada. Tuy nhiên mùa xuân năm đó, cha mẹ của Cruise ly dị, và mẹ Cruise đã đem cậu và các chị em trở về Mỹ.[14] Cha của Cruise mất vì ung thư vào năm 1984.[16] Cruise sau đó có tham gia chủng viện Phan Sinh tại Cincinnati, Ohio để lấy học bổng của giáo hội và với mong muốn được trở thành giáo sĩ Công giáo, trước khi có niềm yêu thích với diễn xuất.[17]:24–26 Ở năm học cuối, anh tham gia chơi bóng bầu dục cho đội bóng của trường với vị trí hậu vệ, nhưng sau đó đã bị loại khỏi đội bóng sau khi bị bắt gặp đang uống bia trước trận đấu.[17]:47 Tổng cộng, Cruise đã theo học tại 15 trường trong 14 năm.[18]