Ông là người Tức Mặc, phủ Thiên Trường, nay thuộc tỉnh Nam Định. Ông là con trưởng của An Sinh vương Trần Liễu (nguyên tác chép An Ninh vương)[2], anh ruột của Hưng Đạo Vương Trần Quốc Tuấn và Hoàng hậu Nguyên Thánh Thiên Cảm húy Thiều, vợ vua Trần Thánh Tông[3].

Theo Trần triều thế phả hành trạng thì Thiên Đạo Quốc mẫu Trần Thị Nguyệt là người đã sinh ra Trần Quốc Tuấn. Liệu có phải bà cũng là người sinh ra Tuệ Trung Thượng Sĩ Trần Tung? Theo ông Lê Mạnh Thát thì: "Tên của Hưng Ninh Vương Trần Tung cũng như Hưng Đạo Vương Trần Quốc Tuấn cùng các con của Trần Quốc Tuấn là Quốc Nghiễn và Quốc Hiệu (Hiện) đều dùng bộ sơn. Cách đặt dùng bộ như thế thường xảy ra trong những gia đình có học ngày xưa"[4].

Nếu Trần Tung là anh em sinh đôi với Trần Quốc Tuấn thì chắc chắn trong sách Thượng sĩ hành trạng vua Trần Nhân Tông đã ghi điều này. Điểm chú ý là trong sách Thượng sĩ hành trạng chỉ viết: "Tuệ Trung Thượng Sĩ Trần Tung là con thứ nhất (đệ nhất tử) của Khâm Minh Từ Thiện Vương (Trần Liễu)", chứ không ghi là con trưởng của vị Đại vương này.

Điều đó cho thấy rất có khả năng Trần Tung và Trần Quốc Tuấn là do bà Trần Thị Nguyệt sinh ra. Vì dù cho Trần Liễu có lấy bà Trần Thị Nguyệt trước, sau đó mới lấy công chúa Thuận Thiên; nhưng vì công chúa Thuận Thiên lại là con vua nên theo luật lệ của triều đình xưa, dù con vua có là thiếp hoặc vợ hai thì cũng được đưa lên hàng chính thất (vợ cả). Vì thế, nếu Trần Tung do công chúa Thuận Thiên sinh ra thì ông phải được gọi là trưởng tử (con trưởng - trưởng nam) mới đúng, chứ không phải chỉ ghi là con thứ nhất như trong Tuệ Trung Thượng Sĩ hành trạng đã viết.