Barack Obama nasce il 4 agosto 1961 al Kapi'olani Medical Center for Women & Children di Honolulu, nelle Hawaii, da madre statunitense - Stanley Ann Dunham (1942–1995), nata a Wichita (Kansas), da una famiglia di origini inglesi e tedesche - e da padre keniota di etnia Luo - Barack Obama Sr. (1936-1982), nato a Nyang'oma Kogelo, nella Provincia di Nyanza. Al momento della nascita di Barack Jr. entrambi i genitori erano giovani studenti universitari. Nel 1963 i genitori si separarono e successivamente divorziarono; il padre andò all'Università Harvard per conseguire un dottorato, e infine tornò in Kenya, dove morì in un incidente stradale nel novembre 1982: rivide il figlio solo in un'occasione. La madre invece si risposò con Lolo Soetoro (1936 – 1987), un altro suo ex collega universitario, da cui ebbe una figlia. Soetoro proveniva dall'Indonesia, si laureò in geografia nel 1962. Obama si trasferì quindi con la famiglia a Giacarta, dove nacque la sua sorellastra, Maya Soetoro-Ng, e dove lui frequentò le scuole elementari da 6 a 10 anni.
A dieci anni, nel 1971, Obama ritornò a Honolulu per ricevere un'istruzione migliore. Fu cresciuto prima dai nonni materni, Stanley Dunham (1918 – 1992) e Madelyn Payne Dunham (1922 – 2008), poi dalla madre. Si iscrisse alla scuola privata più importante e prestigiosa dell'isola, la Punahou High School, dove si diplomò con ottimi voti nel 1979.