Diesel sinh ra ở thành phố New York. Mẹ anh, bà Delora Sherleen (Sinclair) Vincent, là một nhà chiêm tinh.[3][4] Diesel từng phát biểu rằng anh là một người "sắc tộc không rõ ràng".[5] Tổ tiên mẹ anh là những người Scotland, người Anh và người Đức.[6] Anh chưa bao giờ được gặp bố đẻ của mình, và nói rằng "tất cả những gì tôi biết từ mẹ tôi là tôi có quan hệ với nhiều nền văn hoá khác nhau".[7] Diesel tự nhận mình "chắc chắn là một người dân tộc da màu".[8] Anh cũng nói rằng mối quan hệ của bố mẹ bị coi là bất hợp pháp ở một số khu vực của Hoa Kỳ theo luật cấm hôn nhân giữa các chủng tộc khác nhau.[9] Diesel lớn lên trong sự chăm sóc của người mẹ da trắng và bố dượng người Mỹ gốc Phi, ông Irving H. Vincent, một giảng viên về diễn xuất và là người quản lý nhà hát.[8][10][11] Anh lần đầu tiên xuất hiện trên sân khấu từ khi bảy tuổi, trong vở kịch thiếu nhi Dinosaur Door, do Barbara Garson sáng tác. Vở kịch được sản xuất tại nhà hát Theater for the New City ở làng Greenwich, New York. Anh được tham gia vở kịch này là do trong một lần anh cùng em trai và một số người bạn lẻn vào không gian của nhà hát Theater for the New City trên phố Jane với ý định phá phách. Lũ trẻ gặp đạo diễn nghệ thuật của nhà hát, Crystal Field, người mà thay vì báo cảnh sát, đã cho chúng xem kịch bản và đề nghị chúng tham gia vào vở diễn sắp tới.[12][13][14]

Diesel còn tiếp tục gắn bó với nhà hát trong suốt thời thiếu niên, cùng với đó anh đi học tại Đại học Hunter của thành phố, và ở đây, những khoá học về sáng tác sáng tạo đã giúp anh bắt đầu sự nghiệp viết kịch bản. Anh tự nhận mình là một diễn viên "nhiều mặt"[15] bởi những khó khăn ban đầu anh gặp phải khi tìm vai diễn phù hợp vì có nhiều tính cách trái ngược.[15][16] Anh đổi tên thành Vin Diesel khi làm công việc bảo vệ tại câu lạc bộ đêm Tunnel ở New York, bởi khi làm việc trong những môi trường như thế người ta thường không khai tên thật. Từ "Vin" trong tên anh đơn giản chỉ là cách viết tắt của "Vincent". Biệt danh "Diesel" là do các bạn đặt cho anh, họ bảo rằng anh chạy bằng dầu diesel, ý nói tới sức lực không ngừng nghỉ của anh.