Zellweger blev født i Baytown, Texas, en østlig forstad til Houston. Mellem junior school og high school flyttede hendes familie til Katy, en vestlig forstad til Houston. Hendes far, Emil Erich Zellweger, er en schweizisk-født maskin- og elektroingeniør, der arbejder i olieindustrien. Zellweger's mor, Kjellfried Irene (født Andreasen), er norsk født og af same-oprindelse Hun er en sygeplejerske og jordemoder og flyttede til USA for at arbejde som lærerinde for en norsk familie i Texas. Zellweger beskriver sig selv som at være blevet opdraget i en familie af "dovne katolikker og episkopale ". Hun har en ældre bror, Andrew, som er marketingmanager og arbejder i vin-industrien og har sit eget øgenavn for hende – Zelly.  I junior high school deltog Zellweger aktivt i adskillige sportsgrene, inklusiv fodbold, basketball, baseball og amerikansk fodbold. Hun gik på Katy High School, hvor hun var cheerleader, gymnast og medlem af en klub. Zellweger medvirkede i flere af skolens skuespil og hun blev valgt som "Best Looking" i hendes klasse inden sin dimission fra high school i 1987. Efter high school gik hun på University of Texas i Austin og studerede engelsk sprog. Zellweger var en god elev og kom på Dean's List flere gange. I begyndelsen tog hun kun drama-timer fordi hun havde brug for gode karakterer for at fuldføre sin grad, men erfaringerne gjorde hende klar over, hvor meget hun elskede at spille skuespil . Gennem denne periode forsørgede hun sig med job som servitrice ved siden af studierne i Austin. I 1991 dimiterede Zellweger fra universitet med en BA-grad i engelsk. Hun overvejede at flytte til Hollywood, men besluttede at blive i sin hjemby i Texas til hun havde fået mere erfaring. Hendes første job efter dimissionen var at medvirke i en bøf-reklame, samtidig med, at hun begyndte at gå til prøver på roller rundt om i Houston.  Hæder Renée Zellweger har en stjerne på Hollywood Walk of Fame på fortovet ud for adressen 7000 Hollywood Blvd. Hun vandt en Oscar for bedste kvindelige birolle for sin rolle i Tilbage til Cold Mountain (2003).