唐中宗景龙三年（709年），颜真卿出生于京兆长安颜氏祖宅。父亲颜惟贞，时年四十岁，任太子文学。母殷氏，陈郡长平人。惟贞夫妇有子七人，女三人，真卿为第六子，其余六子为：阙疑、允南、乔卿、真长、幼舆、允臧。
睿宗景云二年（711年）七月，父亲染疾身亡，颜真卿兄妹十人随母亲投靠舅父殷践猷。
颜真卿出生时，唐王朝正处于上升时期，政权稳固，国力强盛，边境平静。京城长安拥有人口近百万，不仅是全国的政治、经济、文化、交通中心，而且是世界各国文化交流的中心之一，是当时世界著名的都市。自唐太宗置弘文馆，精选天下文儒，“四方儒士，多抱负典籍，云会京师”（《旧唐书》），弘文馆有图书二十余万卷。国子监设六学二馆，至贞观十三年添筑学舍一千二百间，增收中外生员多至八千余人。九品中正制的废止，科举制的推行，大大激发了社会各阶层学子研经习儒的积极性。“草泽望之起家，簪绂望之继世”（《唐摭言》卷九），京城长安的里坊街巷更是笼罩在浓厚的学习气氛中。
颜氏所在的敦化坊位于长安东南隅，是京城著名的里坊之一，东界郭墙，南临风景胜地曲江池、芙蓉苑、杏园、慈恩寺。曲江流水蜿蜒，夹岸菰蒲葱翠，柳阴四合，碧波红蕖，依映可爱，是文人雅集之所。每逢辑日，皇帝赐宴于曲江山亭——紫云楼，权贵贤达、文人雅士，游宴吟咏，佳句美卷，流布远近。慈恩寺素称长安寺观之冠，寺内大雁塔上历代进士的题名“锋藏笔劲，气格高玄”（《宝刻丛编》卷七），为京都一大胜景。舅父殷践猷居住的长安县通化坊位于京城中心，东临朱雀大街，西邻通义坊，北面隔善和坊即是皇城。西门之北，有唐初秘书监颜师古旧居。从先天元年到开元九年，颜真卿和他的兄弟姊妹们主要在此处和敦化坊度过，并在优越的时代氛围中，接受了来自颜、殷两氏严格的家庭教育。母亲殷氏是颜真卿的第一位老师，她出身于陈郡名门望族，是西汉北地太守殷续之后。五代祖不害，以孝见《梁书》。高祖英童，后周时任御正中大夫、麟趾学士。从伯曾祖开山，为初唐开国元勋、凌烟阁二十四功臣之一。曾祖闻礼，唐太子中书舍人、弘文馆学士。伯祖令名，金部郎中、国子司业。祖令言，校书郎、淄川令。从伯父仲容，冬官郎中，“以能书为天下所宗”。父子敬，太常博士、吴县令。
殷氏一族有着与琅邪颜氏家族相似的门风和家学渊源，“累叶皆以德行、名义、儒学、翰墨闻于前朝”。
自南北朝起，殷、颜两家结为朱陈之好，世代联姻。至真卿母殷氏时，两家已有五世六人结为姻亲。殷氏幼承家学，有较高的文化素养，而且得伯祖殷令名传授，熟谙楷书笔法。鞠养之外，她秉承颜、殷两家的家教传统，严格督学，劳作之余，还认真演示执笔方法，为子女纠正习字姿势，对颜真卿高尚品格的形成及书法艺术的启蒙，均起了潜移默化的作用。
舅父殷践猷，以博学著称，先后任秘书省、丽正殿学士，被同时代的著名文人贺知类誉为“五总龟”。他“性方正，志业淳深，识理清远”。博览群言，尤精《史记》、《汉书》、百家、氏族之说，至于阴阳、数术、医方、刑法之流，无不谙熟。践猷之妻萧氏，出身于兰陵名门望族，“贤和齐肃，秉修礼度，能读《论语》、《周易》，泛观史传”。他们对颜真卿兄弟的成长十分关心，除生活上全力支持、悉心照顾外，还非常注重他们的学业，“悉心训奖，皆究恩意”。颜真卿的经学根基，很大程度上来源于舅父的传授。
唐玄宗开元四年（716年），颜真卿八岁，伯父元孙在沂州刺史任上，因儿女婚事得罪按察史王志，被王诬奏，罢黜归田。在家闲居期间，除与陈郡殷践猷、上谷寇、武功苏晋、吴郡陆象先等文华之士交游外，便以著述和教诲子弟为乐。颜元孙是正字学的始祖，他十分重视对子侄的语言文字规范化教育，使颜真卿终生受益。颜真卿在《颜元孙神道碑铭》中说：“真卿越自婴孩，特蒙奖异，且兼师父之训，岂独犹子之恩。”特别阐明了这种伯父兼恩师的关系。
颜真卿孩提时，姑母颜真定已过花甲之年，丈夫殷履直过世后，子女均已成人，于是她经常留居敦化坊和通化坊。像年轻时教育元孙和惟贞那样，她又挑起了教育真卿兄弟的担子。她经常给真卿等讲述颜见远、颜协、颜之仪等先祖的事迹和自己割耳诉冤的故事，还注意词汇、音韵学知识的讲授，指导侄儿们学习李延寿《王孙赋》、崔氏《飞龙卷》、江淹《造化卷》及《五都赋》等，为颜真卿刚正品格的形成和深厚的文学艺术造诣奠定了基础。
从童蒙时起，颜真卿就处于良好的学习氛围之中，诸位兄长及从兄弟、姑表兄弟相互提携、切磋，使颜真卿受益匪浅。如长兄阙疑，精通《诗》、《传》；三兄乔卿，仁和有吏才，通晋史；五兄幼舆精详礼法。在从兄弟中，春卿以明经入仕，擅词赋；杲卿文理清峻，见称于时；曜卿工草隶书，十五岁即以文学直崇文馆；旭卿善草书；茂曾长于训诂。在姑表兄弟中，姑母真定三子，殷嘉绍“尤工小篆，为寸字飞白，劲利绝伦”（《颜真定神道碑铭》，下同）；殷齐望“有成人之姿”；殷成己“雅善填书，兼综才艺”。舅父践猷三子殷摄、殷寅、殷克齐也以文学擅名。
在众多兄弟中，次兄颜允南给予颜真卿的帮助和影响最大。允南长颜真卿十五岁，“少以词藻擅名，兼工草隶书，尤善五言诗”。他的学识和宽厚亲和的品行，给颜真卿较大影响。颜真卿家中曾养有一鹤，小腿折断，真卿年少不懂事，习字时用毛笔在鹤背上乱涂乱画。允南看到后，严肃地告诫真卿说：“此虽不能奋飞，竟不惜其毛羽，奚不仁之甚欤！”这虽是一件小事，却使颜真卿终生难忘。在他五十四岁时，颜允南去世。在《颜允南神道碑铭》中，颜真卿充满感情地写道：“真卿孩而不夭，太夫人兰陵郡太夫人殷氏亲自鞠育。实赖慈训，粗兹有成。至若发虑学文之亲，立身复礼之道，非仁兄之规诲，曷暨所蒙！且有师训之资，岂惟孔怀之戚？”
唐玄宗开元九年（721年），颜真卿十三岁，舅父殷践猷不幸去世，殷氏又不得不率子女南下苏州，投靠时任吴县县令的父亲殷子敬。吴县经济发达，文化繁荣；殷子敬素有文名，与之交往的多是江南饱学之士，这又给颜真卿兄弟提供了良好的成长环境，使他们得到更多的教益。
少年颜真卿学习特别勤奋。父亲死后，家道中落，一家十几口人全靠亲友接济度日。清贫的生活使颜真卿过早地成熟，读书入仕是他唯一的抉择。“三更灯火五更鸡，正是男儿读书时。黑发不知勤学早，白首方悔读书迟。”这是他的自况诗，也是他勤奋求学的写照。令狐在为颜真卿撰写的《神道碑铭》中说：“公奉承慈颜，幼有老成之量。家贫屡空，布衣粝食不改其乐。余力务学，甘味道艺，五经微言及百氏精理，无所不究。既闻之，必行之。”家学的传承和本人的勤奋与挚爱，使少年颜真卿积累了坚实的经学与诗赋功底，在书法艺术方面显露了出众的才华。《旧唐书》中记载，颜真卿博学，有词藻，尤工书法。就是说，他不仅擅书法，学问、诗文也是可圈可点的。
开元十五年（727年）前后，颜真卿的兄长相继出仕，家庭经济状况有所好转，使颜真卿得以完成学业。开元二十一年（733年），颜真卿顺利地通过了国子监帖经、讲经等考试，并寓居长安福山寺，潜心读书，准备应举。
开元二十二年（734年）正月，颜真卿参加了进士科考试。初试：帖一大经及《尔雅》，每经帖十条，通四条以上者为及格。二试：杂文，试题为《梓材赋》和《武库诗》。《梓材赋》以“理器为材，如政之术”为韵。三试：时务策五道。除内容之外，书法也是评判优劣的重要标准。当年的典士主试人是以清鉴著称的考功员外郎孙逖。颜真卿以“经策全通”的优异成绩被选为甲第。
当时科试项目有秀才、明经、俊士、进士、明法、明字、明算、一史、三史等，其中以明经和进士两科最为重要，名臣多从这两科出身。两科相比，进士科尤其重要，也最难考取。琅邪颜氏家族自朝廷实行科举以来，多以明经入仕，考中进士的只有颜元孙、颜真卿伯侄二人。所以颜真卿中进士后，家族引以为荣，其从兄春卿临死之际握着他的手说：“你将来要光大我们的家族，只是我见不到那一天了，我的孩子都托付给你了。”
进士及第后，经孙逖作媒，颜真卿娶中书舍人韦迪的女儿为妻。韦家也是长安巨族，韦迪之父景骏曾任房州刺史，兄韦述为著名史学家。家有藏书两万卷，还藏有大量的古董、名画以及魏晋以来的书法真迹。颜真卿藉此观摩、鉴赏书法名迹，大获裨益。
开元二十四年（736年），颜真卿参加了吏部的铨选考试。当时考试依据四个标准：身（体貌丰伟）、言（言辞辩正）、书（楷法遒美）、判（文理优长），而且要先观其“书”、“判”，通过考试，再察其“身”、“言”。书和判是入选的两个先决条件。颜真卿于楷书的研习已具相当深的功底，完全合乎“楷法遒美”的要求。文章考题是“乙仕登三命，举以特牲，祀以少牢，人告其僭，加于举礼也”，这是个假设命题，尽管冷僻深奥，颜真卿仍能依据《周礼》和《诗经》，给予恰如其分的评判，深得知贡举李昂赏识，终以“三判优”擢拔萃科，被授予朝散郎（文散官，从七品上）和掌管官方文件的秘书省著作局校书郎（正九品），从此踏入仕途。