Gustaf Löwenhielm var sønn av grev Fredrik Adolf Löwenhielm og Augusta von Fersen (kjent i datiden som en av de «tre gracerna») og ble født i Stockholm. Hans yngre bror Carl Axel Löwenhielm var trolig kun hans halvbror da denne anses å ha vært illegitim sønn til den blivende kong Karl II. I årene 1781–1787 ble Gustaf Löwenhielm oppfostret ved Universitetet i Strasbourg, på den tiden et samlingssted for fornem ungdom fra ulike land, som Klemens von Metternich.