按照現代的歷法，1643年1月4日，艾薩克·牛頓出生於英格蘭林肯郡鄉下的壹個小村落埃爾斯索普村的埃爾斯索普莊園。在牛頓出生之時，英格蘭並沒有采用教皇的最新歷法，因此他的生日被記載為1642年的聖誕節。牛頓出生前三個月，他同樣名為艾薩克的父親才剛去世。由於早產的緣故，新生的牛頓十分瘦小；據傳聞，他的母親漢娜?6?1艾斯庫（Hannah Ayscough）曾說過，牛頓剛出生時小得可以把他裝進壹誇脫的馬克杯中。當牛頓3歲時，他的母親改嫁並住進了新丈夫巴納巴斯·史密斯（Barnabus Smith）牧師的家，而把牛頓托付給了他的外祖母瑪傑裏?6?1艾斯庫（Margery Ayscough）。年幼的牛頓不喜歡他的繼父，並因母親嫁給他的事而對母親持有壹些敵意，牛頓甚至曾經“威脅我那姓史密斯的父母親，要把他們連同房子壹齊燒掉……”
據《大數學家》（Men of Mathematics，E·T·貝爾（E.T. Bell）著）和《數學史介紹》（An introduction to the history of mathematics，H·伊夫斯（H. Eves）著）兩書記載： “牛頓在鄉村學校開始學校教育的生活，後來被送到了格蘭瑟姆的國王中學，並成為了該校最出色的學生。在國王中學時，他寄宿在當地的藥劑師威廉·克拉克（William Clarke）家中，並在19歲前往牛津大學求學前，與藥劑師的繼女安妮·斯托勒（Anne Storer）訂婚。之後因為牛頓專註於他的研究而使得愛情冷卻，斯托勒小姐嫁給了別人。據說牛頓對這次的戀情保有壹段美好的回憶，但此後便再也沒有其他的羅曼史，牛頓也終生未娶。”
不過據和牛頓同時代的友人威廉?6?1斯蒂克利（William Stukeley）所著的《艾薩克?6?1牛頓爵士生平回憶錄》（Memoirs of Sir Isaac Newton's Life）壹書的描述，斯蒂克利在牛頓死後曾訪問過文森特（Vincent）夫人，也就是當年牛頓的戀人斯托勒小姐。文森特夫人的名字叫作凱瑟琳，而不是安妮，安妮是她的妹妹（參見Arthur Storer），而且夫人僅表示牛頓當年寄宿時對她只不過是“懷有情愫”的程度而已。
從12 歲左右到17歲，牛頓都在國王中學學習，在該校圖書館的窗臺上還可以看見他當年的簽名。他曾從學校退學，並在1659年10月回到埃爾斯索普村，因為他再度守寡的母親想讓牛頓當壹名農夫。牛頓雖然順從了母親的意思，但據牛頓的同儕後來的敘述，耕作工作讓牛頓相當不快樂。所幸國王中學的校長亨利·斯托克斯（Henry Stokes）說服了牛頓的母親，牛頓又被送回了學校以完成他的學業。他在18歲時完成了中學的學業，並得到了壹份完美的畢業報告。
1661年6月，他進入了劍橋大學的三壹學院。在那時，該學院的教學基於亞裏士多德的學說，但牛頓更喜歡閱讀壹些笛卡爾等現代哲學家以及伽利略、哥白尼和開普勒等天文學家更先進的思想。 1665年，他發現了廣義二項式定理，並開始發展壹套新的數學理論，也就是後來為世人所熟知的微積分學。在1665年，牛頓獲得了學位，而大學為了預防倫敦大瘟疫而關閉了。在此後兩年裏，牛頓在家中繼續研究微積分學、光學和萬有引力定律。