Miyazaki, o segundo dos quatro irmãos, nasceu na cidade de Akebono-cho, parte de Tokyos Bunkyō-ku. Durante a Segunda Guerra Mundial, o pai de Miyazakis, Katsuji, era diretor do Miyazaki Airplane, de propriedade de seu irmão (tio Hayao Miyazakis), que fazia lemes para os aviões de combate A6M Zero. Durante esse período, Miyazaki desenhou aviões e desenvolveu um fascínio ao longo da vida com a aviação, uma tendência que mais tarde se manifestou como um tema recorrente em seus filmes. A mãe de Miyazakis era uma leitora voraz que frequentemente questionava normas socialmente aceitas. Miyazaki disse mais tarde que herdou dela sua mente questionadora e cética. Sua mãe foi submetida a tratamento para tuberculose espinhal de 1947 a 1955, e assim a família se mudou com frequência. O filme de Miyazakis My Neighbor Totoro é ambientado nesse período e apresenta uma família cuja mãe é igualmente afetada. Miyazaki frequentou a Toyotama High School. Em seu terceiro ano lá, ele viu o filme Hakujaden, que foi descrito como "o primeiro anime japonês de longa metragem em cores". Seu interesse pela animação começou nesse período; no entanto, para se tornar um animador, ele teve que aprender a desenhar a figura humana, pois seu trabalho anterior havia sido limitado a aviões e navios de guerra. Após o colegial, Miyazaki frequentou a Universidade Gakushuin, da qual se formaria em 1963, com diplomas em ciências políticas e economia. Ele era membro do "clube de pesquisa de literatura infantil", a "coisa mais próxima de um clube de quadrinhos da época". Em abril de 1963, Miyazaki conseguiu um emprego na Toei Animation, trabalhando como artista intermediário no anime Watchdog Bow Wow (Wanwan Chushingura). Ele foi líder em uma disputa trabalhista logo após sua chegada, tornando-se secretário-chefe do sindicato Toeis em 1964. Em outubro de 1965, casou-se com o animador Akemi Ota, que mais tarde deixou o trabalho para criar seus dois filhos, Gorō e Keisuke. Gorō agora é animador e cineasta e dirigiu Tales from Earthsea no Studio Ghibli. Keisuke é um artista de madeira que criou peças para o Museu Ghibli e fez a gravura em madeira mostrada no filme Studio Ghibli, Whisper of the Heart. A dedicação de Hayao Miyazakis ao seu trabalho costuma ter impactado negativamente seu relacionamento com seu filho Gorō. Ele expressou que não deseja criar uma dinastia de animadores e que seu filho deve criar um nome para si mesmo.