刘诗诗出生于北京市宣武区的一个回族家庭，父母都曾是工厂工人，后母亲因健康原因内退，而父亲则下海经商。由于母亲喜欢芭蕾的缘故，刘诗诗6岁便开始在中央芭蕾舞团业余舞蹈学校学习芭蕾舞，小学四年级时考上北京艺术学校（现北京戏曲艺术职业学院），从普通小学进入北京艺术学校中专部进行专业芭蕾舞训练，并开始了住校生活。刘诗诗的清秀劲儿，一直让人以为她是南方的姑娘。
