Jabarkan Kehidupan awal dari Melanie Martinez

Martinez dilahirkan di Astoria, Queens, anak dari pasangan Mery dan Jose Martinez, yang memiliki keturunan Dominican and Puerto Rican. Keluarga ini pindah ke Baldwin, New York, tepatnya di Long Island, ketika Martinez beruisa empat tahun. Beranjak dewasa, Martinez sering mendenarkan Brandy, Britney Spears, Shakira, The Beatles, Tupac Shakur, Biggie Smalls dan Christina Aguilera dan berkeinginan menjadi penyanyi sejak belia.

Martinez mengeyam pendidikan di Plaza Elementary School, terkesan pada gurunya Mr. Nadien yang mengajarkan dirinya bagaimana bernyanyi, dan mulai menulis puisi saat berada di TK. Martinez mengatakan dirinya hanya memiliki beberapa teman yang tumbuh bersama dan dulunya ia "orang rumahan", karena ia "sangat emosional" dan merasa sulit untuk menjelaskan perasaannya, bahkan menangis ketika tertekan. Ia berlatih fotografi dan melukis. Lantaran sisi emosionalnya saat kecil, ia sering dipanggil dengan julukan "bayi penangis", yang menjadi sumber inspirasinya membuat karakter untuk album debutnya, Cry Baby.

Martinez tumbuh dewasa dalam "lingkungan keluarga Latin tradisional" yang membuat ia merasa malu mengungkapkan orientasi seksualitasnya dan merasa seolah-olah dirinya tidak akan diterima jika mengaku sebagai biseksual. Ia mengatakan bahwa keluarganya sekarang sudah sepenuhnya menerima orientasi seksualnya.

Saat berusia 14 tahun, Martinez sudah belajar sendiri cara bermain gitar dengan mempelajari diagram akord dari lagu yang ia sukai, yang ia temukan secara daring, lalu menulis lagu pertamanya dengan menyisipkan puisinya ke salah satu diagram akord, tetapi ia mengatakan bermain gitar "akhirnya jadi membosankan". Martinez menyelesaikan pendidikan menengahnya di Baldwin High School.