Jessica Meir est née le à Caribou, dans le Maine, ville de près de . C'est alors la plus jeune d'une fratrie de cinq enfants — quatre sœurs et un frère. Elle a grandi dans une famille de confession juive peu pratiquante. Caribou ne possédant pas de synagogue, elle a fait sa Bat Mitsvah à Presque Isle. Selon sa mère, Jessica aurait exprimé le désir d'être astronaute dès l'âge de . Enfant, elle passait beaucoup de temps à l'extérieur, fascinée par les sciences et la nature. Le jour de l'accident de la navette spatiale "Challenger""," elle était devant la télévision à l'école dans sa classe primaire. À , elle participe à des colonies de vacances en lien avec l'espace et organisées par l'université Purdue, qui a formé une vingtaine d'astronautes.