Đường Minh Hoàng tên thật là Lý Long Cơ (李隆基), là con trai thứ ba của Đường Duệ Tông Lý Đán, vua thứ 5 hay thứ 7 của Triều đại nhà Đường, chào đời vào ngày Mậu Dần tháng 8 năm nguyên niên Thùy Củng (tức ngày 8 tháng 9 năm 685) ở kinh đô Trường An, ông ra đời dưới thời gian trị vì đầu tiên của vua cha Đường Duệ Tông, mẹ của ông là Đậu thị, người vợ thứ hai của Duệ Tông, khi ấy đang được phong là Đức phi. Lúc đó tuy Duệ Tông nắm ngôi vua, nhưng mọi quyền hành đều bị chi phối bởi mẹ Duệ Tông là Võ thái hậu, bà nắm mọi quyền hành trong triều, mưu soán ngôi mà xưng đế.

Tháng 8 năm 687, hoàng tử Lý Long Cơ 3 tuổi, cùng các anh em trai đều được phong tước Vương, ông được phong làm Sở vương (楚王). Tân Đường thư mô tả Lý Long Cơ "từ nhỏ đã anh minh đa nghệ, hiểu biết âm luật, thiện bát phân thư, dung mạo vĩ lệ, có tư chất phi thường"[16]. Trong số các con của Duệ Tông, xếp trên Long Cơ là hai người anh trai Lý Thành Khí (con người vợ chánh của vua cha là Lưu hoàng hậu) và Lý Thành Nghĩa, các em trai ông gồm Lý Long Phạm, Lý Long Nghiệp và Lý Long Đệ. Ông có hai người chị em cùng cha mẹ là công chúa Kim Tiên và công chúa Ngọc Chân (Lý Trì Doanh), cả hai người sau đều xuất gia làm nữ đạo sĩ[17].