Ifølge testamentet ble Dufay trolig født i Beersel ved Brussel. Han var et uekte barn av en ukjent prest og en kvinne ved navn Marie Du Fayt. Marie flyttet til Cambrai mens gutten var ganske liten, og her bodde han hos en slektning som var kannik i den lokale katedralen. Katedralens ledelse oppdaget raskt Guillaumes musikalske begavelse og sørget for at han fikk en grundig musikkutdannelse. Sommeren 1409 studerte han med Rogier de Hesdin, og fra 1409 til 1412 står han oppført som korgutt i katedralen. I denne perioden studerte han med Nicolas Malin, og ledelsen ble tydeligvis imponert av hans prestasjoner for i 1411 ga de Dufay sin egen kopi av Villedieus , noe som var svært uvanlig for personer på hans alder. I juni 1414, i en alder av 16 år, ble han gitt et beneficium som kapellan ved St. Géry, som lå like ved med Cambrai. Senere samme år reiste han trolig til konsilet i Konstanz hvor han kan ha blitt til 1418 da han returnerte til Cambrai.