Konstantin war der dritte Sohn des Kaisers Michael VIII. Palaiologos und der Theodora Dukaina Batatzina. Er kam einige Wochen nach der Rückeroberung von Konstantinopel am 25. Juli 1261 in der Porphyra des Großen Palastes von Konstantinopel zur Welt und war somit der erste echte "Porphyrogennetos" seit Alexios II. Komnenos. Er hatte drei Brüder, darunter den späteren Kaiser Andronikos II., und sechs Schwestern.