Andy Warhol war der jüngste von drei Söhnen einer armen Bauernfamilie mit lemko-ruthenischen Wurzeln. Seine Eltern Ondrej Varchola (amerikanisiert zu Andrew Warhola) (1888–1942) und Julia Justyna, geborene Zavacka (1892–1972), waren Immigranten aus dem Dorf Miková bei Medzilaborce (Karpaten) im Nordosten der Slowakei. Sie gehörten zu der Volksgruppe der Lemken. Sein Geburtsname war Andrej Warhola, den er jedoch später amerikanisierte. Er wurde römisch-katholisch getauft.
Andy Warhol kokettierte gern mit seinem Geburtsdatum und „verjüngte“ sich gelegentlich auf den Jahrgang 1930, manchmal sogar auf 1933, weshalb in Biografien oft unterschiedlichste Angaben zu finden sind; er bekannte sich jedoch zu seinem Geburtsort Forest City in Pennsylvania.
Im Alter von acht Jahren erlitt Warhol eine Art Nervenzusammenbruch, gepaart mit einer seltenen Pigmentstörung, so dass man ihn lange für einen Albino hielt. Das bettlägerige Kind entwickelte schnell eine Leidenschaft für Comics und Kinofilme, begann zu zeichnen und Papierfiguren auszuschneiden. In dieser Zeit entstand eine intensive Bindung Warhols zu seiner Mutter Julia.
Von 1945 bis 1949 studierte Warhol Gebrauchsgrafik am Carnegie Institute of Technology in Pittsburgh, der heutigen Carnegie Mellon University, und machte seinen Abschluss in Malerei und Design. Nach Abschluss des Studiums zog er mit seinem Kommilitonen, dem Künstler Philip Pearlstein, nach New York.