Selma Lagerlöf ble født på herregården Mårbacka som femte barn av seks til løytnant Erik Gustaf Lagerlöf (1819–1885) og Elisabet Lovisa Wallroth (1827–1915). Hennes farfar, Daniel Lagerlöf (1776–1852), var fetter til Esaias Tegnér og hennes farmor, Elisabet Maria Wennervik (1784–1864), var datter til en komminister. Selma Lagerlöf var også i slekt med Erik Gustaf Geijer. Hun ble født med en hofteskade som skyldtes at leddkulen i hoften ikke hadde ordentlig feste.