Thunberg nasceu em 3 de janeiro de 2003. Sua família tem uma ligação muito grande com o entretenimento e as artes. Sua mãe Malena Ernman é uma cantora de ópera do país e musica pop, chegando a representar a Suécia no Festival Eurovisão da Canção de 2009, e seu pai é o ator Svante Thunberg, enquanto seu avós paternos são o ator e diretor Olof Thunberg e a também atriz Mona Andersson.