Toynbee era hijo de Harry Valpy Toynbee (1861-1941), secretario de la Charity Organization Society, y su esposa Sarah Edith Marshall (1859-1939); su hermana Jocelyn Toynbee era arqueóloga e historiadora del arte. Toynbee era el nieto de Joseph Toynbee, sobrino del economista del siglo XIX, Arnold Toynbee (1852-1883) y descendiente de prominentes intelectuales británicos durante varias generaciones. Ganó becas para el Winchester College y el Balliol College, en la Universidad de Oxford (Literae Humaniores, 1907-1911), y estudió brevemente en la British School at Athens, una experiencia que influyó en la génesis de su filosofía sobre el declive de las civilizaciones. En 1912 se convirtió en tutor y especialista en historia antigua en el Balliol College, y en 1915 comenzó a trabajar para el departamento de inteligencia del Ministerio de Relaciones Exteriores británico. Después de servir como delegado en la Conferencia de Paz de París en 1919, se desempeñó como profesor de estudios bizantinos y griegos modernos en la Universidad de Londres. Fue aquí donde Toynbee fue nombrado para la Cátedra Koraes de Historia Griega Moderna y Bizantina, Lengua y Literatura en el King's College, aunque finalmente dimitiría luego de una controvertida disputa académica con el profesorado del Colegio. De 1921 a 1922 fue el corresponsal del "Manchester Guardian" durante la Guerra Greco-Turca, una experiencia que resultó en la publicación de "The Western Question in Greece and Turkey". En 1925 se convirtió en profesor de investigación de historia internacional en la London School of Economics y director de estudios en el Royal Institute of International Affairs en Londres.