公式には1952年安徽省当塗県生まれ。旧姓は劉であり、中国建軍の父と呼ばれ一時国家元首格を有した朱徳元帥の4番目妻の外孫（朱徳は公式に6回結婚している）。成虎の命名は祖父朱徳で「人を食らう虎」の意。4歳のころ祖父が政府最高首脳に列し、14歳の頃に文革が始まり攻撃を受け左遷させられている。祖母に対して「性乱豪放女」との批判報道が存在する。国家の政治中枢に関与する家族の元で育ち、その特殊な環境と祖母らの性的スキャンダル攻撃が後の核恫喝に結び付いたとの報道が一部ある。朱徳がさらに降格させられた1969年に中国解放軍入隊。中国人民解放軍南京国際関係学院および軍事学院参謀班および国防大学を卒業。国防大学の戦略研究所副所長、外訓系主任（系は日本の学部に相当）、広州軍区空軍副参謀長などを歴任。1988年米国国家戦略研究所に半年間客員研究員として留学。1993〜1994年イギリスのロンドン大学アジア・アフリカ学院に1年間客員研究員。軍事教育と研究に30余年のキャリアを持ち、諸外国訪問しての講演等は20カ国を超え、中国国内でのメディア露出も多い。2015年1月現在、国防大学の防務学院院長および教授。空軍少将の地位をもつ中国解放軍士官の教育指導者である。
1915年7月21日、愛知県高岡村（現豊田市）で自作農の太田家に六人兄弟の次男として生まれる。父親の太田喜四郎は若くして、今の農業協同組合にあたる信用購買販売組合を立ち上げたり、消防団の創設に関わったりと地元の名士であったが、家業の養蚕の不振や、投機の失敗により多額の負債を抱えたのにも関わらず、名士の活動に熱心で家業は妻に任せっきりにしており、美濃部が物心ついたときには生活に困窮していた。美濃部が小学2年生の夏、8歳になったときに、逢妻川でオオウナギを捕まえて、自宅に持ち帰ったところ、その日の夕食のおかずとなり、家族全員で蒲焼にして食べた。すると美濃部だけが食中毒となってしまい、下痢と高熱が1か月も続いて髪の毛も抜け落ちてしまった。医者からは腸チフスと診断され一時期は命にもかかわる重症となったが、どうにか全快した。しかし、このときの後遺症は終生美濃部を悩ませることとなり、学生時代は虚弱児に認定され、成人しても胃腸はずっと弱く太れない体質となり、体力増強が人生での最優先の課題となってしまった。1928年4月に地元の新設校刈谷中学に入学、第一次世界大戦の青島の戦いで、青島要塞に設置されたドイツ軍要塞砲へのモーリス・ファルマン水上機による爆撃任務で活躍した父親を持つ同級生がおり、その同級生から父親の武勇伝を聞かされたことにより、パイロットへの憧れが強くなっていったが、腸チフスにより体力増強が必要だった美濃部は、担任の薦めもあり学業よりは柔道に精を出しており、成績は決してよくはなかった。そのため、パイロットになるためには海軍兵学校への入学が必要ながら、美濃部本人および父親にも担任からは合格は難しいという進路指導があっていた。しかし、一足先に海軍兵学校に入学していた兄の太田守からの励ましもあり試験に合格して、1933年4月1日に海軍兵学校64期生として入学した。同期に川島立男（首席）、石田捨雄（後の海上幕僚長）らがいる。海軍兵学校でも虚弱体質の問題は解消されず、厳しい訓練についていくことができずに、3学期には2か月余りも病院に入院しての加療が必要となり単位不足となって留年も危ぶまれた。留年するぐらいであれば退学しようとも考えたが、どうにか進級できるとその後は徐々に体力もつき訓練や教練にもついていけるようになった。得意・不得意分野の差が大きく、成績は教官よりしばしば苦言を呈されるほど悪かった。1937年3月23日、同期生160名と卒業、少尉候補生となる。1937年11月5日、軽巡洋艦「由良」乗組。1938年3月10日、海軍少尉に任官。1938年7月28日、第31期飛行学生を拝命し、1939年3月4日に卒業。三座の九四式水上偵察機の搭乗員となる。3月9日、館山空に着任。1939年8月10日、佐世保空に着任し、二座の九五式水上偵察機の操縦を学ぶ。11月1日、水上機母艦「千歳」乗組。1940年11月1日、軽巡洋艦「名取」の分隊長に着任し、援蒋ルートの拠点となっていた深セン港への攻撃任務に従事したが、ある日の任務中に中国軍の対空機銃により乗機が被弾したこともあり、うち1発は美濃部の飛行服の左ももを貫通していたが、幸運にも負傷はしなかった。1941年1月31日、タイ・フランス領インドシナ紛争の一時停戦協定が名取艦上で締結されることとなり、名取は仏印（ベトナム）沖に停泊していたが、美濃部は艦長の山澄貞次郎大佐より、中央からの特命として、仏印駐留のフランス軍航空基地の調査任務を命じられたという。美濃部はサイゴン日本領事館が手配したベトナム人運転手が運転するハイヤーでフランス軍のツーラン基地に乗り付けると、不敵にもハイヤーを出入り口に待たせ、堂々と基地の入り口から入って中を見て回ってから急いでハイヤーに乗り込んで逃走し、調査任務を成功させたと回想している。1941年2月には馬祖島に構築された仮設の水上機基地に第5水雷戦隊の水上機部隊を率いて着任、主に福建省福州市に対する偵察と爆撃任務に従事した。この頃美濃部は、中国との戦争目的に対する不審の念と、戦いへの虚無感を抱きつつあり、日本が提唱する大東亜共栄圏を心中で批判し、中国を侵攻する日本軍を「山犬のごとき日本占領軍」と称していた。陸軍は1941年4月19日に福州上陸作戦を行うことになり、美濃部はその支援を命じられて、福州の砲台や中国軍守備隊の根城とされた集落を爆撃した。4月21日に陸軍が福州を攻略すると、次には深セン港への爆撃が命じられたが、美濃部機が目標上空に達すると、住民らがクモの子を散らすように逃げ惑う様子を見て「こんな所に4発ばかり爆撃して何の価値ありや。殺生の悲しみ、家財を焼かれた恨み増すばかり。この日爆撃中止、引き返す」と任務を放棄して帰還したという。しかし、美濃部らが集落を爆撃した福州においては、空襲により380人以上の市民の犠牲者が出ていた。1941年9月10日、軽巡洋艦「阿武隈」乗組、分隊長に着任。1941年（昭和16年）11月、美濃部貞功の娘篤子と見合いによって結婚した。美濃部にとっては2回目の見合いであり、1回目は母親の伝手による見合いで婚約まで至ったが「飛行士だから」という理由で一方的に破棄されていた。美濃部家は会津藩下級武士の末裔で鎌倉に居を構えていたが、子供は篤子が長女の4人姉妹であったので、美濃部家の意向により婿養子となって、太田から美濃部姓となった。