Hennes far var Louis Nicolas le Tonnelier de Breteuil, førstesekretær og den som introduserte ambassadører til kong Ludvig XIV av Frankrike, en posisjon som plasserte ham i sentrum for all sosial aktivitet ved det franske hoff og således ga familien høy status. Blant deres bekjentskaper var Fontenelle, perpetuell sekretær av det franske vitenskapsakademi, Académie des Sciences. Émilies far Louis-Nicolas anerkjente tidlig datterens uvanlige intelligens og sørget for at Fontenelle kunne komme og samtale om astronomi med henne da hun var kun ti år gammel. Émilies mor, Gabrielle-Anne de Froulay, hadde vokst opp i et kloster, på denne tiden den mest vanlige utdannelsesinstitusjon tilgjengelig for unge piker og kvinner. Mens en del kilder hevder at hennes mor mislikte datterens intelligens, eller at hennes ektefelle oppmuntret datterens intellektuelle nysgjerrighet, et det også andre indikasjoner på at hennes mor ikke bare godkjente du Chatelets tidlige utdannelse, men faktisk oppmuntret henne til energisk å sette spørsmålstegn ved vedtatte sannheter.