Фелини е роден на 20 јануари 1920 година во семејство од средна класа во Римини, тогашно мало гратче на Јадранското Море. Неговиот татко Урбано Фелини (1894-1956), роден во семејство на земјоделци и мали земјопоседници од селото Гамбетола, во 1915 година се преселил во Рим, каде што работел како чирак во фабриката за тестенини ""Пантанела"". Неговата мајка, Ида Барбјани (1896-1984), потекнува од буржоаско католичко семејство на римски трговци. И покрај силното неодобрување на нејзиното семејство, таа во 1917 година побегнала со Урбано за да живеат во куќата на неговите родители во Гамбетола. Граѓанскиот брак бил склучен во 1918 година со верска церемонија во Санта Марија Маџоре во Рим. По венчавката, двојката се преселила во Римини, каде што Урбано работел како патнички трговец и продавач на големо. Фелини имал брат и сестра: Рикардо (1921-1991), режисер на документарци за РАИ телевизија, и Марија Мадалена Фабри (1929-2002).