Ông còn có tên gọi khác là Chí, Lê Đình, Lê Chí, sinh ngày 19 tháng 6 năm 1906, quê quán ở làng Định Công Hạ, huyện Thanh Trì, tỉnh Hà Đông (nay thuộc phường Định Công, quận Hoàng Mai, thành phố Hà Nội.[1] Ông là người con thứ 5 trong gia đình có 9 anh em. Thân phụ ông có biệt danh là Tú Mẫn, từng thi đỗ Tú tài, có thời gian đã ra làm quan trong chế độ Pháp thuộc. Thân mẫu ông làm nghề buôn tơ lụa Hà Đông, có nhà ở 61 phố Hàng Đào, Hà Nội và có cửa hàng bán tơ lụa.

Ông Tú Mẫn tuy làm quan, nhưng rất căm ghét thực dân Pháp. Sau này ông thôi làm quan, về mở lớp dạy học. Hai ông bà dồn tất cả tiền của cho con cái ăn học, nhờ thế mà Trịnh Đình Cửu thi đỗ vào Trường Bưởi Hà Nội cùng lớp với Ngô Gia Tự. Tại đây, do ảnh hưởng của phong trào yêu nước, ông cùng các bạn học Nguyễn Đức Cảnh, Ngô Gia Tự bắt đầu có ý tưởng cách mạng, nuôi chí giành độc lập tự do cho đất nước. Các ông tham gia phong trào để tang Phan Châu Trinh, đòi ân xá Phan Bội Châu.