Kolinda Grabar dilahirkan pada 29 April 1968 di Rijeka, Croatia, kemudian sebahagian daripada Yugoslavia, kepada Dubravka (b. 1947) dan Branko Grabar (b. 1944).[5] Dia dibesarkan terutamanya di kampung ibu bapanya Lopača, hanya di utara Rijeka, tempat keluarga itu memiliki kedai daging dan ladang.[5] Sebagai pelajar sekolah menengah, dia memasuki program pertukaran pelajar dan pada usia 17 berpindah ke Los Alamos, New Mexico, kemudiannya menamatkan pengajian dari Los Alamos High School pada tahun 1986.[5][6]

Setelah kembali ke Yugoslavia, dia mendaftar di Fakulti Kemanusiaan dan Sains Sosial, Universiti Zagreb, menamatkan pengajian pada tahun 1993 dengan Ijazah Sarjana Muda Sastera dalam bahasa dan kesusasteraan Inggeris dan Sepanyol.[7][8] Dari 1995 hingga 1996, beliau menghadiri Kursus Diploma di Akademi Diplomatik Vienna.[9] Pada tahun 2000 beliau memperoleh ijazah sarjana dalam hubungan antarabangsa daripada Fakulti Sains Politik di Universiti Zagreb.[7]

Pada 2002–2003 dia menghadiri George Washington University's Elliott School of International Affairs sebagai Fulbright scholar.[10][11][12] Beliau juga menerima Luksic Fellowship untuk Kennedy School of Government di Harvard University dan merupakan sarjana pelawat di School of Advanced International Studies di Universiti Johns Hopkins.[7]

Pada Disember 2015, Grabar-Kitarović memulakan pengajian kedoktorannya dalam hubungan antarabangsa di Fakulti Sains Politik Zagreb.[13]