杜元颖生于唐代宗大历四年（769年）。他是唐朝初年名相杜如晦的后代，《旧唐书》说他是杜如晦的裔孙《新唐书·杜如晦传》说他是杜如晦的五世孙《新唐书·宰相世系表》说他是杜如晦叔叔杜淹的六世孙，《资治通鑑》称杜元颖是杜淹的第六代孙。杜元颖五世祖杜敬同，担任中书舍人、东阳公。高祖父杜从则，为工部侍郎。曾祖父杜自远、祖父杜繁没有仕官记录，父亲杜佐担任大理正。杜元颖行十四，他的弟弟杜元绛出任太子宾客。唐德宗贞元十六年（800年）杜元颖登进士第。唐宪宗元和元年（806年）登博学宏辞科。元和十一年（816年）复登茂才异等