Thunbergs moeder is Malena Ernman, een Zweedse operazangeres en deelneemster aan het Eurovisiesongfestival 2009. Haar vader is Svante Thunberg, een acteur, genoemd naar Svante Arrhenius, een neef van zijn overgrootmoeder. Arrhenius won in 1903 de Nobelprijs voor Scheikunde voor zijn theorie over elektrolytische dissociatie.