Diesel dilahirkan di Alameda County, California,[1] bersama-sama abang kembarnya, Paul.[3][4] Ibunya, Delora Sherleen (Sinclair) Vincent, ialah ahli astrologi.[5][6] Diesel telah menyatakan bahawa beliau ialah "kaum kabur".[7] Latar belakang ibunya termasuk bangsa Inggeris, Jerman, dan Scotland. Beliau tidak pernah bertemu bapa kandungnya, dan telah menyatakan bahawa "saya mempunyai hubungan dengan pelbagai budaya yang berbeza".[8] Diesel telah mengenal pasti diri sebagai "orang berkelainan warna",[9] dan telah menyatakan bahawa hubungan ibu bapanya akan menjadi haram di beberapa bahagian Amerika Syarikat kerana undang-undang anti-misegenasi.[10] Beliau dibesarkan di Bandar Raya New York oleh ibu Kaukasia dan bapa tiri Afrika-Amerika, Irving H. Vincent, seorang pengajar dan teater Pemangku Pengurus.[4][9][11]

Diesel membuat kemunculan pentas beliau pada usia tujuh tahun apabila muncul di pementasan kanak-kanak Dinosaur Door, yang ditulis oleh Barbara Garson. Pementasan ini dihasilkan di Teater untuk Bandar Baru di Greenwich Village New York. Penglibatan beliau dalam pementasan ini berlaku apabila beliau, saudaranya, dan beberapa rakan-rakan telah memecah masuk Teater untuk ruang New City di Jane Street dengan niat untuk memusnahkan harta benda awam. Mereka berhadapan dengan pengarah seni teater ini, Crystal Field, yang menawarkan mereka peranan dalam persembahan akan datang dan bukannya memanggil polis.[12][13][14] Diesel tetap terlibat dengan teater ketika seluruh usia remajanya, lalu menyambung pelajaran ke Hunter College di bandar ini, di mana kajian penulisan kreatif telah membawanya kepada mula penulisan skrin. Beliau memperkenalkan dirinya sebagai pelakon "multi-faceted" [15] akibat kesukaran awal mencari tempat peranan kerana warisan bercampur beliau.