Zoey Francis Thompson Deutch sinh ngày 10 tháng 11 năm 1994 tại Los Angeles, California, với nữ diễn viên Lea Thompson và đạo diễn Howard Deutch.[2]

Cô có một chị gái, Madelyn Deutch, cũng là một nữ diễn viên.[3] Những người thân khác của cô bao gồm nhạc sĩ Barbara Barry Thompson, giám đốc điều hành âm nhạc Murray Deutch và diễn viên Robert Walden.[4][5][6] Mẹ cô, từ Minnesota, có một phần gốc Ailen trong khi cha cô, từ New York, là người có gốc Do Thái.[7] Cô ấy không phải là người Do Thái và đã có Bat Mitzvah.[8][9]

Cô bắt đầu tham gia lớp học diễn xuất từ khi năm tuổi.[10] Deutch học tại trường Oakwood, Trường trung học hạt Los Angeles về nghệ thuật[11] và tại Young Actors Space. Cô học chuyên ngành sân khấu tại trường trung học nghệ thuật quận L.A.[12] Cô học với một gia sư khoa học chính trị (tập trung vào hiến pháp) và theo học các lớp nghệ thuật tại Bảo tàng Nghệ thuật Hạt Los Angeles.[13]