Nacque a Colorado Springs da una giovanissima coppia di genitori: suo padre era Benjamin Pious Keys (1883-1961), rilegatore di libri, mentre sua madre, Carolyn Emma Chaney (1885-1960), era casalinga, sorella di Lon Chaney, attore del cinema muto. La famiglia si spostò prestissimo in California in cerca di lavoro: nel 1906 era a San Francisco quando la città fu colpita dai terribili effetti del evento sismico del 18 aprile di quell'anno. Sopravvissuti al terremoto, per scampare alle distruzioni si trasferirono a Berkeley, dove Ancel Keys crebbe.