Ông có biệt danh là Ba Đính,[1] sinh ngày 20 tháng 11 năm 1926 tại Huế, Thừa Thiên trong một gia đình Tôn thất nhà Nguyễn. Cha mất sớm, ông được người anh cả là ông Tôn Thất Đĩnh đưa lên Đà Lạt nuôi dưỡng. Do truyền thống gia đình và nhờ sự giáo dục nghiêm khắc của người anh, dù có bản tính hiếu động nhưng ông vẫn có được một nền tảng giáo dục khá tốt thời bấy giờ. Năm 1944 ông tốt nghiệp Trung học chương trình Pháp tại Đà Lạt với bằng Tú tài bán phần (Part I). Sau đó, ông trúng tuyển kỳ thi ngạch Thông phán tại Đà Lạt, tùng sự tại Tòa Công sứ Đà Lạt.

Tham gia kháng chiến

Năm 1945, Việt Minh giành chính quyền từ tay người Nhật Bản. Với sự nhiệt tình ái quốc của tuổi trẻ, khi người Pháp tái chiếm Bán đảo Đông Dương, ông hưởng ứng phong trào học sinh yêu nước trong cao trào kháng Pháp bấy giờ, tham gia Lực lượng Quân sự của Việt Minh chống Pháp, làm Ủy viên Chính trị một Trung đội trong Tiểu đoàn Vệ quốc Quân Việt Minh tại Đà Lạt [2]. Ông cùng đơn vị mình tham gia chiến đấu chống lại Liên quân Anh – Pháp – Nhật tại mặt trận Đà Lạt – Đơn Dương. Cùng chiến đấu tại đây có một Tiểu đoàn trưởng Việt Minh tên là Đỗ Mậu, người về sau đóng vai trò quan trọng cuộc đời binh nghiệp của ông sau này.[3]

Tuy nhiên do sự yếu kém trong tổ chức kháng chiến cũng như sức mạnh hỏa lực của đối phương, mặt trận nhanh chóng tan vỡ, đơn vị ông cũng tan rã hoàn toàn. Ông bỏ trốn về Đà Lạt, ẩn náu trong nhà người anh. Để tránh bị bắt bớ giam cầm, ông xin làm Thư ký cho Ty Cảnh sát Pháp. Nhưng đầu năm 1948, ông bị phát hiện từng tham gia Việt Minh chống Pháp nên bị Chính quyền Pháp bắt giam. Nhờ sự bảo lãnh của người anh trai, bấy giờ đang là một chuyên viên đang làm việc tại Viện Pasteur Đà Lạt, ông được thả tự do với cam kết không được tham gia các hoạt động chống Pháp.