Ley var sønn av en fattig bonde og ble født i Niederbreidenbach i Provinsen Rhinland som nummer sju i en barneflokk på elleve. Ved flid og flaks ble han i stand til å studere kjemi ved universitetene i Jena og Bonn. Han meldte seg til tjeneste i første verdenskrig og tjenestegjorde først to år i artilleriet, før han fra 1916 tjenestegjorde som flybåren observatør for artilleriet. I 1917 ble han skutt ned over Frankrike og satt to år som krigsfange. Styrten kan ha påført ham en hjerneskade, for resten av livet stammet han og utviste iblant en påfallende oppførsel, forsterket av hans alkoholisme.