Sarton va néixer a Wondelgem, Bèlgica (avui una part de la ciutat de Gant), filla única de l'historiador de la ciència George Sarton i la seva muller, l'artista anglesa Mabel Eleanor Elwes. Quan les tropes alemanyes van envair Bèlgica després de l'assassinat de l'Arxiduc Franz Ferdinand el 1914, la seva família va fugir a Ipswich, Anglaterra, on vivia l'àvia materna de Sarton.