Jean-Paul Belmondo est né à Neuilly-sur-Seine, le 9 avril 1933. Son père, Paul Belmondo (1898-1982), d'origine piémontaise et sicilienne, est né à Alger, département d'Alger, et fut un sculpteur de renom. Sa mère, Sarah Rainaud-Richard (1901-1994) est également artiste-peintre. Durant l'enfance de Jean-Paul Belmondo, la famille connaît quelques privations, Paul Belmondo ayant du mal à vivre de son art dans le contexte de la Seconde Guerre mondiale et de l'occupation allemande.

Indiscipliné et peu enclin aux études, Jean-Paul Belmondo se passionne très jeune pour le sport (football, voitures, cyclisme...). Au lycée, il était gardien de but. Par la suite, il découvre la boxe qu'il va longtemps pratiquer en tant qu'amateur. Il mène durant son adolescence une courte carrière de boxeur, avec quatre victoires et un match nul en neuf combats3. À l'âge de seize ans, il est atteint d'une primo-infection de la tuberculose, ses parents l'expédient alors en Auvergne. C'est à cette époque, dans le calme et l'air vivifiant, que le jeune homme décide de devenir comédien. De retour d'Auvergne, il suit les cours de Raymond Girard. Il débute au théâtre en 1950 en interprétant La Belle au Bois Dormant dans les hôpitaux de la ville de Paris. Pendant six mois, Raymond Girard va l'aider à préparer le concours du Conservatoire national supérieur d'art dramatique, où il est recalé mais admis en tant qu'auditeur libre en 1951. En janvier 1952, il repasse l'examen d'entrée mais échoue de nouveau. C'est seulement en octobre 1952 qu'il est enfin admis. Il devient l'élève de Pierre Dux. Ce dernier déclare un jour, qu'avec la tête qu'il a, il ne pourrait jamais prendre une femme dans ses bras, car cela ne serait pas crédible. Jean-Paul Belmondo reste quatre ans au Conservatoire et y rencontre notamment Jean Rochefort, Jean-Pierre Marielle, Bruno Crémer, Pierre Vernier et Michel Beaune. Il participe également à des spectacles théâtraux sous la direction de Michel Galabru. En 1953, il fait la connaissance d'Élodie Constant, danseuse sous le nom de "Renée Constant", qui devient sa compagne. Le couple mène une vie « de bohème », ce qui n'empêche pas les deux jeunes gens d'avoir une fille, Patricia, en 1954.
Les professeurs de Jean-Paul Belmondo continuent de ne pas tenir son talent en haute estime. En 1956, lors d'un concours du conservatoire, il interprète un texte de Georges Feydeau : le public l'acclame mais le jury le boude et lui décerne un simple accessit4, lui interdisant ainsi l'entrée à la Comédie-Française. Les camarades de Belmondo le portent en triomphe pour le soutenir, tandis qu'il adresse un bras d'honneur au jury