Cresciuto senza padre (i genitori si separarono quando aveva sette anni), Michael Phelps visse insieme alla madre Debbie e le sue due sorelle maggiori Whitney e Hilary. Di cinque e sette anni più grandi di lui, queste ultime furono a loro volta campionesse nel nuoto, in particolare Whitney (medaglia d'argento nella 4x100 m mista ai mondiali di Roma 1994) sembrava destinata a diventare un'olimpionica, ma dovette rinunciare alla carriera a causa di problemi ricorrenti alla schiena.