王光美1921年出生在北京。当时，她的父亲王治昌赴美国出席华盛顿九国会议，接到家中电报得知自己终于有一个女儿了，顿觉乐不可支，触景生情，为之取名“光美”。

　　王治昌是天津人，毕业于日本早稻田大学，在段祺瑞政府中，曾任代理农商总长，成为这一时期管理中国经济的大人物。母亲董洁如出身天津富商家庭，受教于北洋女子师范大学。1925年8月20日，王治昌的留日同学、拜把兄弟廖仲恺在广州遇刺身亡后，他退出政治舞台。

　　王治昌夫妇共有11个儿女，王光美排行第七，上有6个哥哥，下有4个妹妹。王家这些兄妹中，有半数以上在抗日战争和解放战争中投身了革命。王光美的四哥王光杰是兄妹中第一个加入共产党的，曾任国家电子工业部副部长。五哥王光复在抗日战争时期，作为空军飞行员，参加了著名的武汉空战。王光美是最受父母亲宠爱的，什么事情她都得头份。

　　1945年，王光美毕业于辅仁大学，获理学硕士学位后，考取了美国的斯坦福大学和芝加哥大学原子物理系全奖学金博士。在当时荷兰的图书馆里，有王光美的学习成绩单，上面写着“数学女王”。

　　她考取斯坦福大学和芝加哥大学原子物理系博士，在荷兰的图书馆里，她的学习成绩单上面写着“数学女王”。