Audrey Hepburn nacque il 4 maggio 1929 al 48 rue Keyenveld di Ixelles, comune di Bruxelles, come Audrey Kathleen Ruston, dall'inglese Joseph Anthony Ruston e dalla sua seconda moglie, la baronessa Ella van Heemstra, un'aristocratica olandese. Anni dopo, il padre aggiunse al cognome della figlia anche "Hepburn", che era quello della nonna materna, trasformandolo così in Hepburn-Ruston. La bambina aveva due fratellastri, Arnoud Robert Alexander e Ian Edgar Bruce, che la madre ebbe dal suo primo matrimonio con il nobile olandese Hendrik Gustaaf Adolf Quarles van Ufford; fra i suoi avi, la sua famiglia contava Edoardo III d'Inghilterra e James Hepburn, IV conte di Bothwell, dal quale potrebbe essere discesa anche Katharine Hepburn[6].

Il lavoro del padre presso una compagnia di assicurazioni britannica obbligò la famiglia a frequenti spostamenti fra il Belgio, il Regno Unito e i Paesi Bassi. Nel 1935 i genitori di Hepburn divorziarono e suo padre, simpatizzante del nazismo[7], abbandonò la famiglia; da adulta, l'attrice dichiarerà che quello fu il momento più traumatico della sua vita. Grazie all'aiuto della Croce Rossa, anni dopo Hepburn riuscì a ritrovare il padre che si era nel frattempo trasferito a Dublino, e rimase in contatto con lui, aiutandolo anche finanziariamente, fino alla sua morte. Nel 1939 la madre si trasferì insieme ai figli nella città olandese di Arnhem, pensando di aver trovato un luogo sicuro dagli attacchi nazisti: in quella città la giovane Audrey studiò danza, frequentando il Conservatorio dal 1939 al 1945. Nel 1940 i tedeschi invasero Arnhem. Durante la guerra Hepburn cambiò il suo nome in Edda van Heemstra, a causa del suono "inglese" del suo vero nome, considerato pericoloso. Verso il 1944 Hepburn era divenuta una ballerina a tutti gli effetti e partecipava a spettacoli organizzati in segreto per la raccolta fondi a favore del movimento di opposizione al nazismo; ricordando quelle esibizioni, anni dopo Hepburn disse: «Il miglior pubblico che io abbia mai avuto non faceva il minimo rumore alla fine dello spettacolo». Dopo lo sbarco in Normandia delle forze alleate, la situazione sotto gli occupanti nazisti peggiorò: durante la carestia dell'inverno 1944, la brutalità crebbe e i nazisti confiscarono le limitate riserve di cibo e carburante della popolazione olandese, e senza riscaldamento nelle case o cibo da mangiare, la popolazione moriva di fame o di freddo nelle strade. Sofferente per la malnutrizione, Hepburn sviluppò diversi problemi di salute e l'impatto di quei tempi difficili avrebbe condizionato i suoi valori per il resto della vita; alcuni particolari sulla vita di Hepburn durante l'occupazione nazista sono stati rivelati dal figlio Luca Dotti, testimonianze che sono state raccolte dal giornalista statunitense Robert Matzen nella biografia pubblicata nel 2019, Dutch Girl: Audrey Hepburn and World War II. Mentre la sua famiglia nascondeva nella loro abitazione un soldato inglese, lei fu incaricata di missioni come staffetta in favore delle formazioni partigiane olandesi e di altri soldati alleati nascosti.