Grace Kelly lahir di Philadelphia, Pennsylvania, dan dibesarkan di daerah East Falls, Philadelphia. Beliau anak ketiga empat adik beradik kepada John Brendan Kelly, Sr. (Jack Kelly) - seorang atlet lumba dayung Olimpik 3 kali dan Pengarah Kecergasan Fizikal Negara zaman Franklin Roosevelt - dan Margaret Katherine Majer Kelly, wanita pertama mengepalai Bahagian Pendidikan Sukan di Universiti Pennsylvania. Ayahnya berketurunan orang Ireland Katolik dari County Mayo sementara ibunya keturunan orang Jerman Lutheran.

Ketika masih remaja dan bersekolah di Ravenhill Academy, Grace sudah menceburi bidang peragaan busana dalam acara lokal bersama ibu dan adik perempuannya. Grace memasuki dunia lakonan selepas menamatkan persekolahannya pada bulan Jun 1947 di mana beliau menghadiri uji bakat di American Academy of Dramatic Arts, New York diikutinya dengan membawakan adegan sandiwara Torchbearers - drama tersebit hasil karya pamannya sendiri, George Kelly yang pernah memenangi Hadiah Pulitzer. Walaupun kuota siswa untuk semester tersebut sudah penuh terisi, Grace diberi kesempatan wawancara dengan kepala penerimaan siswa baru, Emile Diestel. Hasilnya mudah ditebak, Grace akhirnya diterima di American Academy of Dramatic Arts, sekolah yang melahirkan banyak bakat lakonan terkenal seperti Katharine Hepburn, Lauren Bacall, Gene Tierney, dan Spencer Tracy. Grace tinggal di asrama perempuan "Manhattan's Barbizon Hotel for Women" yang terletak di 63rd Street and Lexington Avenue. Kerja sampingan sebagai model foto dilakukannya untuk menambah wang saku sambilan.

Grace turut mahir melatih diri menyanyi dengan terus menerus - iasangat membantu dalam memulakan kerjaya pementasannya dari panggung Broadway bersama-sama Raymond Massey dalam The Father karya Strindberg. Pada usia 19 tahun, drama yang dimainkannya sebagai syarat kelulusan adalah The Philadelphia Story; peran dalam drama tersebut nantinya juga dimainkan Grace Kelly di akhir kerjaya filemnya.