Stephen Hawking dilahirkan di Oxford, England, pada 8 Januari 1942 (tepat 300 tahun selepas kematian Galileo) kepada pasangan Frank dan Isobel Hawking. Beliau mempunyai dua orang adik perempuan, Philippa dan Mary, dan seorang adik angkat, Edward. Dalam keluarganya, Hawking paling rapat dengan ibunya yang giat dalam politik sayap kiri. Isobel mengatakan bahawa pada sekitar masa kelahiran Stephen, dia membeli sebuah atlas astronomi yang kemudian dikatakan oleh ipar perempuannya sebagai suatu pembelian yang bersifat ramalan.

Hawking menonjolkan bakatnya terhadap matematik dan fizik sejak masa kecil lagi. Ketika beliau berumur sebelas tahun, Hawking menghadiri Sekolah St Albans di Hertfordshire yang berhampiran dengan London. Hawking kemudian menyertai Kolej Universiti, Oxford, dan hendak belajar matematik. Apabila kursus matematik tidak sedia ada, beliau belajar fizik sebagai ganti. Pada awalnya, ayahnya lebih suka Hawking belajar perubatan. Hawking kemudian mengambil ijazah kedoktoran di Dewan Trinity dan kini merupakan felo kehormatnya.

Hawking dipilih sebagai fellow Persatuan Diraja yang termuda pada tahun 1974, dan dikurniakan gelaran Komander Golongan yang Dianugerahi Darjah Empayar British pada tahun 1982, serta gelaran Teman Mulia pada tahun 1989. Beliau seorang ahli fizik yang amat dihormati, dengan banyak karyanya diiktiraf oleh Persatuan Antarabangsa Fizik Semula Jadi serta juga Persatuan Fizik-Astronomi Amerika Amherst.