Mikael VIII Palaiologos var sønn av Andronikos Palaiologos som var øverstkommanderende for hæren i Nikea ("megas domestikos"), og hans kone Theodora Angelina Palaiologina, barnebarn av keiser Alexios III Angelos og Euphrosyne Doukaina Kamaterina. Ifølge den britiske historikeren Deno John Geanakoplos, kunne Mikael VIII’s opphav spores tilbake til alle tre keiserlige hus som styrte riket i århundrene før Det fjerde korstogs beleiring og okkupasjon av Konstantinopel i 1204. Moren hans synes ikke å ha spilt noe rolle i hans liv, han ble oppdratt av sin eldre søster Martha som var ti år eldre enn han selv.