Petra Kelly ble født i Günzburg av tyske foreldre, men hennes far forlot hjemmet da hun var sju år. Petras mor måtte arbeide, slik at datteren vokste opp hos sin bestemor. Etter morens giftermål med en amerikansk offiser, tok Petra etternavnet Kelly og i 1960 flyttet familien til USA. Fra 1966 til 1970 studerte Petra Kelly statsvitenskap og politikk i Washington, D.C. og var der også aktiv i skolepolitikken.