Bill Paxton nasceu e cresceu em Fort Worth, Texas. Filho de Mary Lou Gray e John Lane Paxton. Seu pai era ator ocasional, tendo tido diversos empregos diferentes. Sua mãe era católica praticante, tendo criado os filhos nesta denominação. Bill era uma das crianças presentes na aglomeração que assistiu ao assassinato do presidente John F. Kennedy, em 22 de novembro de 1963.