Mersenne ble født inn i en bondefamilie. Han studerte ved i Le Mans, og fra 1604 til 1609 ved jesuittkollegiet i La Flèche, der René Descartes var en av medstudentene. Fra 1609 til 1611 studerte Mersenne ved Sorbonne. Han gikk inn i Paulanerordenen i 1611 og ble presteviet året etter.