Butterworth ble født i Paddington i London, i en musikalsk familie, som under hans første leveår flyttet til Yorkshire. Sin første musikkundervisning fikk han fra moren, som var sangerinne. Han begynte å komponere i ung alder. Hans far Alexander Butterworth (senere for North Eastern Railway) ville imidlertid at han kom juridisk utdannelse med tanke på å bli advokat, og sendte ham først til Eton College i Eton og derfra til Trinity College i Oxford.