Ramanathan sinh ra ở Madurai, Ấn Độ. Lúc tuổi 11, ông cùng gia đình chuyển đến Bangalore. Ở trường ông được giảng dạy bằng tiếng Anh, chứ không được dạy bằng tiếng mẹ đẻ của ông, Tamil. Ông thừa nhận rằng ông "mất thói quen lắng nghe thầy giáo và đã phải tự mình tìm hiểu ra mọi thứ".[3] Ở Ấn Độ, ông lấy bằng cử nhân kỹ thuật từ Đại học Annamalai, và bằng thạc sĩ từ Viện Khoa học Ấn Độ. Năm 1970, ông đến Hoa Kỳ để nghiên cứu phương pháp đo lường trong vật lý bằng làn sóng tại Đại học bang New York ở Stony Brook dưới sự chỉ đạo của Robert Cess. Trước khi Ramanathan có thể bắt đầu làm việc nghiên cứu tiến sĩ, Cess quyết định thay đổi nghiên cứu của mình và tập trung vào bầu khí quyển của hành tinh.