Windthorst ble født på Gut Kaldenhof ved Ostercappeln i fyrstedømmet Osnabrück. Familien hadde i noen generasjoner arbeidet for områdets katolske biskop. Den tilhørte dermed en religiøs minoritet i et ellers katolsk område. Windthorst mistet sin far i 1822, da han var ti år gammel. Han ble utdannet ved Gymnasium Carolinum i Osnabrück, studerte fra 1830 jus ved universitetene i Göttingen og Heidelberg.