Ventimiglia ble født i Anaheim i California, som sønn av Carol Wilson og Peter Ventimiglia. Hans far er av siciliansk-italiensk avstamning og hans mor har irske, engelske, skotske, franske, cherokee og blackfoot avstamning. Hans etternavn «Ventimiglia», er navnet på en by i Liguria i Italia. Som den yngste av tre søsken, har han to eldre søstre. Han ble født med døde nerver i den venstre leppen. Ventimiglia gikk på El Modena High School i Orange i California, hvor han drev med bryting og var formann i studentforeningen. Han fikk eksamen i 1995.