Đường Duệ Tông sinh thời từng có nhiều tên gọi, bao gồm tên khai sinh Lý Húc Luân (李旭轮), rồi Lý Luân (李轮), Lý Đán (李旦) và Võ Đán (武旦). Ông là con trai thứ tám của Đường Cao Tông Lý Trị cùng với Tắc Thiên Thuận Thánh hoàng hậu Võ Chiếu. Ông chào đời vào ngày 22 tháng 6 năm 662, tức ngày 1 tháng 6 ÂL năm Long Sóc thứ 2 ở kinh đô Trường An, tại Hàm Lương điện (含涼殿) của Bồng Lai cung (蓬萊宮). Ngay cuối năm đó, khi chưa tròn 6 tháng tuổi, ông đã được Cao Tông phong cho tước vị Ân vương (殷王), chức Diêu lĩnh Ký Châu[6] Đại đô đốc, Thiền vu Đại đô hộ, kiêm Hữu kim ngô vệ đại tướng quân; mặc dù các chức vụ này chỉ mang ý nghĩa tượng trưng.

Khi trưởng thành, Lý Húc Luân tỏ ra là người cung kính hiếu thuận và chăm chỉ, thích đọc nhiều sách vở cổ và có tài viết thư pháp. Năm 666, Lý Húc Luân được cải phong làm Dự vương (豫王). Năm 669, Lý Húc Luân lại được đổi làm Ký vương (冀王) và cùng lúc đó, Cao Tông cũng quyết định bỏ chức Húc trong tên húy của ông, do đó tên của ông là Lý Luân (李轮).

Năm 675, Đường Cao Tông một lần nữa đổi phong Lý Luân làm Tương vương (相王), bái làm Hữu vệ đại tướng quân (右卫大将军). Năm 676, khi quân Thổ Phiên tiến công vào biên giới nhà Đường, Cao Tông phong cho Lý Luân cùng anh là Lý Hiển làm tướng chỉ huy quân đội chống Thổ Phiên, nhưng thực tế quyền cầm quân nằm trong tay hai tướng Lưu Thẩm Lễ và Khế Bật Hà Lực. Sang năm 678, ông được đổi tên là Lý Đán[7]. Và năm sau (679), Vương phi Lưu thị sinh hạ con trai đầu lòng của ông là Lý Thành Khí.