Claude Cohen-Tannoudji lahir pada 1933 di Constantine, Aljazair. Cohen-Tannoudji pindah bersama keluarganya pada 1953 ke Paris. Dari 1953 sampai 1957, ia bersekolah di École Normale Supérieure. Setelah lulus, Cohen-Tannoudji masuk dinas militer selama 28 bulan karena Perang Kemerdekaan Aljazair.