Butler sinh ra ở Pasadena, California. Sau khi cha cô qua đời, cô được nuôi dưỡng bởi mẹ góa bụa của mình. Rất nhút nhát khi còn nhỏ, Octavia tìm thấy một lối thoát tại thư viện đọc tiểu thuyết tưởng tượng và viết. Khi còn là một thiếu niên, cô bắt đầu viết tiểu thuyết khoa học viễn tưởng.