Kleopatra Thea var en datter av Ptolemaios VI Filometor, konge av Egypt og Kleopatra II. Hun hadde to brødre som het henholdsvis Ptolemaios Eupator og Ptolemaios. Hennes søster Kleopatra III var dronning av Egypt og gift med Ptolemaios VIII Fyskon, en onkel. Det er mulig at Berenike, forlovede av Attalos III av Pergamon, var en annen søster.