Newton-John ble født i Cambridge i England. I 1954 flyttet hun sammen med familien til Australia der hun vokste opp i Melbourne. Faren Brinley Newton-John stammet fra Wales og arbeidet som tysklærer i Cambridge og deretter Melbourne. Hennes tyske mor, Irene Newton-John, født Born, var datter av den verdensberømte tyske atomfysikeren og nobelprisvinneren Max Born som flyktet til Storbritannia før andre verdenskrig. Hennes far hadde vært etterretningsoffiser for MI5 under andre verdens og han arbeidet blant annet med engima-maskinen i Bletchley Park.