Keys wurde im Jahr 1904 in Colorado Springs geboren; seine Eltern waren Jugendliche ohne Schulbildung, die bald mit ihm nach Kalifornien zogen und sich zunächst in San Francisco niederließen. Keys erlebte als Zweijähriger das Erdbeben von San Francisco, bei dem die Druckerei seines Vaters zerstört wurde, woraufhin die Familie nach Berkeley zog. Als Keys an seinem achten Geburtstag versuchte, eine Fliege mit Chloroform zu betäuben, sedierte er sich selbst. Dieses Erlebnis, so sagte er später, weckte sein Interesse an der Wissenschaft.