Franz Eugen Simon entstammte einer großbürgerlichen deutsch-jüdischen Berliner Familie; der Physiker Kurt Mendelssohn war sein Cousin. In Berlin besuchte er das altsprachliche Kaiser-Friedrich-Reformgymnasium in Charlottenburg, wobei schon zu seiner Schulzeit die Neigungen zu den Naturwissenschaften offenbar wurden. Unter anderem auf Anregung von Leonor Michaelis, eines Freundes der Familie, fasste er den Entschluss, Naturwissenschaften zu studieren. Nach dem Abitur 1912 begann Simon ein Studium zunächst in Göttingen und danach München, das er jedoch im Herbst 1913 unterbrechen musste, da er als Einjährig-Freiwilliger zum Militärdienst eingezogen wurde. Kurz vor dem Ende seines Dienstjahres brach der Erste Weltkrieg aus, und Simon diente weiter 1914 bis 1918 als Soldat an der Westfront. Er wurde durch einen Gasangriff verletzt und zweimal verwundet, zuletzt schwer am 9. November 1918, nur zwei Tage vor Inkrafttreten des Waffenstillstands, erhielt als Auszeichnung das Eiserne Kreuz 1. Klasse und wurde zum Offizier befördert. Im Sommer 1919 konnte er, nachdem seine Kriegsverletzungen ausgeheilt waren, das Militärlazarett verlassen.