Ulrich von Wilamowitz-Moellendorff var andre sønn av godseieren Arnold von Wilamowitz-Moellendorf (1813–1888) og Ulrike von Calbo (1820–1874). Han var bror av den senere overpresident i Posen-provinsen, Hugo von Wilamowitz-Moellendorf (1840–1905) og den senere major Georg Wichard von Wilamowitz-Moelledorf (1852–1910).