Nimoy ble født i Boston i Massachusetts av Jiddisch-talende jødiske immigranter fra Russland. Hans mor, Dora Spinner, var husmor, mens hans far, Max Nimoy, jobbet som barberer. Nimoy begynte med skuespill bare 8 år gammel, men hans første store rolle var som Ralphie i Clifford Odets' da han var 17 år. Han studerte fotografi ved UCLA, men fullførte aldri studiene, selv om han har en Master of Arts (postgraduate) og et æresdoktorat fra Antioch College i Ohio. Nimoy brukte mye av sin tidlige karriere på småroller i B-filmer og fjernsynsserier som .