Raja Nazrin Shah telah diputerakan pada 27 November 1956, di George Town, Pulau Pinang, Malaya. ketika pemerintahan paduka nenda baginda, Sultan Yussuff Izzuddin Shah. Paduka ayahanda baginda, Raja Azlan Shah (kemudian Sultan Azlan Muhibbuddin Shah) merupakan paduka anakanda kelima putera bongsu kepada Sultan Yussuff Izzuddin Shah. Paduka bonda baginda, Cikgu Bainun (kemudian Tuanku Bainun) ialah orang kebanyakan dari Pulau Pinang yang kemudian mengahwini Raja Azlan Shah pada tahun 1955. Semasa baginda diputerakan, paduka ayahanda baginda bertugas sebagai majistret sementara paduka bondanya bertugas sebagai seorang guru di Pulau Pinang. Raja Nazrin Shah ialah paduka anakanda dan putera sulung daripada lima adik-beradik, Raja Azureen, Raja Ashman Shah, Raja Eleena dan Raja Yong Sofia. Kesemuanya telah berangkat ke luar negeri untuk melanjutkan pengajian tingginya.

Baginda memulakan alam persekolahan di Sekolah Jalan Kuantan, Kuala Lumpur sehingga darjah 5, dan menyambung pendidikan rendah dan menengah rendah dari darjah 6 hingga tingkatan 2 di Sekolah St. John, Kuala Lumpur. Setelah berusia 13 tahun, Baginda berangkat ke United Kingdom untuk meneruskan pengajian di The Leys School, Cambridge. Sekembalinya dari luar negara, baginda bertugas sebagai Pegawai Eksekutif Petronas dari 1979 hingga 1983.