Undset dilahirkan di Kalundborg, Denmark, tetapi keluarganya berpindah ke Norway ketika dia berumur dua tahun. Pada tahun 1924, dia masuk agama Katolik. Dia melarikan diri dari Norway untuk Amerika Syarikat pada tahun 1940 kerana pembangkangnya kepada Nazi Jerman dan pencerobohan Jerman dan pendudukan Norway, tetapi kembali setelah Perang Dunia II berakhir pada tahun 1945.