Vieutemps var son till en vävare och amatörviolinist samt stränginstrumentmakare. Han fick sin första violinlektion av sin far vid fyra års ålder för att sedan studera vidare för den respekterade Joseph Lecloux-Dejonc (1798-1850). Vid sex års ålder gav han sitt första framträdande där han framförde Pierre Rodes (1774–1830) femte violinkonsert. Snart framträdde han på turné med sin far i kringliggande orter följt av städer som Liège och Bryssel. I Bryssel mötte han violinisten Charles de Bériot och började studera för denne vid Bryssels konservatorium. de Bériot tog honom till Paris 1829 där han gjorde en lyckad konsertdebut genom att, återigen, framföra verk av Rode. Denna gång den sjunde violinkonserten. Med Julirevolutionen 1830 och de Bériots giftermål med Maria Malibran tillika avhopp från konserttourneerna följde Vieuxtemps de Bériots råd att återvända till Belgien. På plats i Bryssel utvecklade han sin teknik och musikalitet. Kunskapen byggde han på inte minst genom de duetter han spelade med de Bériots svägerska, mezzosopranen Pauline García.