Pearl Zane Gray ble født den 31. januar 1872 i Zanesville i Ohio. Han var det fjerde barnet av en søskenflokk på fem til Alice «Allie» Josephine Zane. Deres stamfar immigrerte fra England i 1673, kvekeren Robert Zane, og hennes ektemann, Lewis M. Gray, var en tannlege. Familien endret stavingen av navnet fra «Gray» til «Grey» etter at han ble født og senere oppga han Pearl og benyttet Zane som fornavn. Han vokste opp i Zanesville, en by grunnlagt av hans stamfar på morsiden, Ebenezer Zane, en revolusjonær fra den amerikanske uavhengighetskrigen. Fra tidlig av var Zane Grey interessert i historie og skriving, men også av fiske og baseball. hans første tre romaner framstilte heltedådene til sine forfedre under uavhengighetskrigen mot britene.