אנסל קיז נולד בשנת 1904 בקולורדו ספרינגס כבנם של בנג'מין פיוס קיז (1961-1883) וקרולין אמה לבית צ'ייני (1960-1885), אחותו של שחקן הקולנוע המפורסם לון צ'ייני. הוריו היו צעירים ללא השכלה פורמלית רחבה. בשנת 1906 עברה המשפחה לסן פרנסיסקו. בגיל שנתיים חווה קיז את רעידת האדמה הקשה של שנת 1906, בה נהרס בית הדפוס של אביו. כעבור זמן קצר עברו בני קיז לגור בברקלי הסמוכה. עוד מילדותו גילה סקרנות לעניינים מדעיים, בגיל 8 לרגל יום הולדתו ניסה לאלחש זבוב באמצעות כלורופורם ובטעות הרדים את עצמו. הפסיכולוג לואיס טרמן, ממציא מבחן סטנפורד-בינה זיהה בו אחד מ-1528 התלמידים המחוננים במשכל גבוה במיוחד אותם חקר באוניברסיטת סטנפורד. בנעוריו עזב קיז במפתיע את לימודי התיכון כדי לעבוד בתפקידים לא שגרתיים כגורף גואנו של עטלפים באריזונה, "powder monkey" - מוביל חומרי נפץ במכרה בקולורדו, חוטב עצים וכנער סיפון באונייה. בסופו של דבר חזר ללימודים ובשנת 1922 התקבל לאוניברסיטת ברקלי שם החל ללמוד כימיה אך לא שבע נחת ושוב לקח פסק זמן כדי לעבוד כמתדלק על אוניית "S.S. President Wilson (1st)" . כשחזר לבסוף לאוניברסיטה החליף מסלול ועד שנת 1925 למד לתואר ראשון בכלכלה ובמדעי המדינה. בשלוש השנים הבאות סיים תואר שני בזואולוגיה. לאחר מכן עבר קורס לניהול בחברת וולוורת' והתמחה במכון סקריפס לאוקיינוגרפיה בלה ג'ולה, קליפורניה. בשנת 1930 סיים את עבודת הדוקטורט שלו בביולוגיה ובאוקיינוגרפיה ובעזרת מלגה מטעם המועצה הלאומית למחקר השתלם במשך שנתיים במעבדה הזואו-פיזיולוגית של אוגוסט קרוג בקופנהגן בירת דנמרק. בתקופה זו ערך מחקרים על הפיזיולוגיה של הדגים ופרסם מאמרים מדעיים רבים בתחום זה.