Родился 6 января 1835 года в городе Вильне (современный Вильнюс). Его отец, Антон Леонардович Кюи, выходец из Франции, служил в наполеоновской армии. Раненный в 1812 году под Смоленском во время Отечественной войны 1812 года, обмороженный, он не вернулся с остатками разбитых войск Наполеона во Францию, а остался навсегда в России. В Вильне Антон Кюи, женившийся на Юлии Гуцевич, дочери знаменитого литовского архитектора Лауринаса Гуцявичюса, преподавал французский язык в местной гимназии. С отцом Цезарь Кюи общался на французском, с другими членами семьи на литовском либо на польском, а с братьями-гимназистами с 5 лет общался на русском. Старший брат Цезаря, Александр (1824—1909), стал впоследствии известным архитектором.