Паоло Джентилони происходит из старинной знатной семьи (его предок, лидер Католического союза избирателей граф Винченцо Отторино Джентилони, в 1913 году заключил с премьер-министром Джованни Джолитти так называемый «пакт Джентилони-Джолитти», позволивший практикующим католикам включиться в политическую жизнь Италии вопреки запрету Папы Римского Пия IX). Окончил Римский университет Ла Сапиенца, где изучал политологию, профессиональный журналист. Начал проявлять политическую активность ещё в период обучения в римском лицее имени Торквато Тассо () и в университете. По воспоминаниям бывших одноклассников, в лицее Тассо юный Паоло был лидером студенческого движения, немногословным и решительным, ходил в «аляске», отпустил «бунтарскую» длинную чёлку, очки он тогда не носил. Одновременно считал себя и коммунистом, и католиком, временами преподавал катехизис детям вместе с Аньезе Моро, дочерью Альдо Моро. В 1970 году бастующие студенты захватили здание лицея, и Джентилони спокойно ждал полицейской операции, которая действительно состоялась в достаточно жёсткой форме. Поссорившись тогда со своими родителями, Джентилони уехал в Милан на церемонию памяти жертв теракта 12 декабря 1969 года на площади Фонтана. Вероятно, тогда он и увидел для себя будущее в политической карьере, проникся идеями молодёжного движения «новых левых» во главе с Марио Капанной, а также симпатиями к Советскому Союзу, хотя сторонником Сталина никогда не был. После своего побега из дома Джентилони вошёл в леворадикальное «» Капанны, позже реорганизованное в «Движение трудящихся за социализм». В дальнейшем это объединение влилось в «Пролетарскую демократию», но Джентилони туда за Капанной не последовал.