Day-Lewis ble født i London, sønn av skuespilleren Jill Balcon og Cecil Day-Lewis. Daniel Day-Lewis' mor, som kom fra en jødisk familie, er datter av Michael Balcon, den tidligere lederen av Ealing Studios. To år etter sin fødsel i London, flyttet Day-Lewis-familien til Croom's Hill, Greenwich der Daniel vokste opp sammen med sin eldre søster, Tamasin Day-Lewis, som senere ble en kjent dokumentarfilmskaper, samt fjernsynskokk. Cecil Day-Lewis var allerede 53 år gammel da hans sønn ble født, og viste liten eller ingen interesse for sine barn. Etter en rekke helseplager, døde han da Daniel bare var 15 år gammel. Daniel følte seg ubekvem med sin fars mangel på følelser, og angret på at han ikke hadde vært nærmere sin far.