Bill Gates blev født i Seattle, Washington. Hans far, William H. Gates, Sr., var advokat, og hans mor, Mary Maxwell Gates, var bestyrelsesmedlem i Berkshire Hathaway, First Interstate Bank, Pacific Northwest Bell samt United Way, og senere blev hun det første kvindelige medlem af universitetsbestyrelsen ved University of Washington. Gates har to yngre søstre, Kristanne og Libby. Hans morfar, J. W. Maxwell, var bankdirektør, og efter sigende etablerede han en fond på flere millioner til Gates det år, han blev født. Gates har dog i magasinet Playboy nægtet at have haft nogen fonde fra barnsben. Ifølge Gates har han kun fået betalt sin dyre skolegang. I grundskolen brillerede Gates, især i matematik og naturvidenskab. Han gik på Lakeside, der var Seattles mest eksklusive skole. Lakeside lejede i perioden en DEC PDP-10, og det gav Gates en unik mulighed for at dyrke sin interesse for computere. Gates var med i spejderkorpset og nåede rangen Life Scout. I High school grundlagde han sammen med Paul Allen Traf-O-Data, et firma, der solgte edb-systemer til regeringer. Derudover hjalp han med at udvikle et lønningsliste-system i COBOL for et firma i Portland, Oregon. Da han var 13 år, lavede han allerede små enkle programmer som "Kryds og Bolle". I matematikdelen af den amerikanske SAT-prøve formåede han engang at få 800 ud af 800 mulige point. Ifølge en presseundersøgelse fik Gates 1590 ud af 1600 mulige point (800, den højest mulige score, i matematikdelen) i sin SAT-prøve og havde mulighed for at indskrive sig til Harvard University hvilket han gjorde i 1973. Der læste han Computer science og mødte sin fremtidige kompagnon Steve Ballmer. Under sit andet år på Harvard skrev han, sammen med Paul Allen og Monte Davidoff, BASIC til Altair 8800en. Gates droppede ud under sit tredje år i forsøget på at etablere en karriere inden for softwareudvikling. Den 13. december 1977 arresteredes Gates kortvarigt i Albuquerque for en trafikforseelse.