Gunnar Sønsteby syntyi Rjukanin kylässä Tinnissä Telemarkin läänissä. Hänen isänsä oli teollisuustyöntekijä Gustav Sønsteby (1885–1960) ja äitinsä Margit Lien (1888–1964). Sønsteby valmistui ylioppilaaksi 1937, minkä jälkeen hän alkoi opiskella sosiaalitaloutta Oslon yliopistossa. Samaan aikaan hän työskenteli reviisorin apulaisena. Saksalaisten miehitettyä Norjan huhtikuussa 1940 Sønsteby otti vapaata töistä osallistuakseen Nordmarkan taisteluihin. Hänen täytyi kuitenkin palata Osloon toukokuussa sairastuttuaan keuhkokuumeeseen.