Dev Patel nasce a Londra da genitori induisti di origine indiana emigrati dal Kenya. La madre Anita è un'assistente familiare e il padre Raj lavora come consulente informatico. Patel cresce nel quartiere londinese di Harrow. Dai 7 ai 12 anni frequenta la Longfields Middle School dove prende parte alle rappresentazioni teatrali della scuola. Il primo personaggio che interpreta è Sir Andrew Aguecheek de "La dodicesima notte" di William Shakespeare, ruolo per il quale riceve un premio come migliore attore. A 13 anni si iscrive alla Whitmore High School, il liceo di Harrow. Patel è ricordato dalla sua insegnante di recitazione, Niamh Wright, come uno studente dotato di grande immaginazione, creatività e talento. Durante il suo esame GCSE, all'età di 16 anni, Patel scrive e recita il soliloquio di un bambino coinvolto nella Strage di Beslan. L'esaminatore chiamato a giudicare la sua interpretazione si commuove e gli dà il massimo dei voti.