Smithies lahir di Halifax, West Yorkshire, England. Dia berkata bahawa minatnya dalam sains berasal dari keterpesonaannya terhadap radio dan teleskop.[1]

Smithies belajar fisiologi untuk kelas satu B.A. pada tahun 1964, kemudian beliau menerima gelar sarjana muda yang kedua dalam kimia[2]. Dia mendapatkan ijazah sarjana M.A. pada tahun 1951 dan Doktor Falsafah dalam biokimia pada tahun itu juga di Balliol College, Oxford. Pada biasiswa di Oxford, dia keluar dari sekolah perubatan untuk belajar kimia[1].

Walaupun Smithies buta warna, beliau adalah juruterbang pesawat berlesen yang menyukai geluncur angin.[1][2] Isterinya Maeda Nobuyo merupakan seorang profesor patologi di Universiti North Carolina, Chapel Hill (UNC). Setelah gagal mendapatkan pekerjaan di Wisconsin, Maeda mendapat panggilan dari UNC, dan Smithies mengikutinya ke Chapel Hill, North Carolina.[2] Sebelum itu Smithies berkahwin dengan Lois Kitze, seorang ahli sains di Universiti Wisconsin.