Nansens Vorfahren stammten aus Dänemark. Zu ihnen zählt der Geschäftsmann und spätere Bürgermeister von Kopenhagen Hans Nansen (1598–1667), der zur Erschließung neuer Handelsrouten nach Russland an frühen Erkundungsfahrten in die Region des Weißen Meeres teilgenommen hatte und Autor des geografischen Handbuchs "Compendium Cosmographicum" von 1633 ist. Das erste in Norwegen ansässige Familienmitglied war Nansens Urgroßvater Ancher Antoni Nansen (1729–1765), der Kopenhagen in den 1750er Jahren in die neue Heimat verließ. Dessen Sohn, Hans Leierdahl Nansen (1764–1821), war zunächst Amtsrichter im Bezirk Trondheim und später in Jæren. Nachdem Norwegen durch den Kieler Frieden vom 14. Januar 1814 seine Unabhängigkeit von Dänemark erlangt hatte, wurde er Abgeordneter des Storting. Dort war er einer der Verfechter der aus dem Schwedisch-Norwegischen Krieg im August 1814 hervorgegangenen schwedisch-norwegischen Personalunion, zu deren Auflösung sein Enkel 91 Jahre später beitrug.