Дэвид Боуи (имя при рождении — Дэвид Роберт Джонс) родился в лондонском районе Брикстон. Его родители поженились в сентябре 1947 года, вскоре после его рождения. Мать Дэвида, Маргарет Мэри Пегги (урождённая Барнс), имеет ирландские корни. Она работала билетёром в кинотеатре, а его отец Хэйворд Стентон Джон Джонс — в отделе кадров благотворительного фонда Barnardo’s. Семья жила на улице Стэнсфилд-Роуд, расположенной между южными районами Лондона — Брикстоном и Стокуэллом. Один из соседей вспоминал: «Худшее место и время для детства, чем Лондон 1940-х, представить невозможно». Пока Боуи не исполнилось шесть лет, он учился в подготовительной школе Стокуэлла, где приобрёл репутацию одарённого и целеустремлённого ребёнка, а также непослушного скандалиста.
В 1953 году семья Боуи переехала в соседний пригород Бромли. Там Дэвид поступил в начальную школу Burnt Ash Junior School, расположенную на Рэйнджфилд-Роуд (сейчас эта школа известна как Burnt Ash Primary School). В 1957—1958 годах он состоял в футбольной команде школы. Вокальные способности Дэвида в школьном хоре оценивали как «удовлетворительные», игру на флейте лучше средней. В возрасте девяти лет он начал посещать открывшиеся классы музыки и хореографии, где показал удивительные творческие способности: учителя называли его интерпретации «ярко художественными», а его координацию «удивительной» для ребёнка. В том же году его интерес к музыке получил дополнительный стимул. Отец принёс домой коллекцию американских пластинок Фрэнки Лаймона and The Teenagers, The Platters, Фэтса Домино и Литла Ричарда. Впоследствии Боуи скажет о «Tutti Frutti»: «Я слышал Бога». Большое впечатление на него произвёл Элвис Пресли: «Я увидел, как моя кузина танцевала под… „Hound Dog“. Прежде я не видел, чтобы что-либо заставило её встать и настолько её потрясло. Сила этой музыки произвела на меня действительно незабываемое впечатление. Я стал покупать пластинки сразу после этого случая». К концу следующего года Боуи заполучил укулеле и самодельный бас и начал участвовать в скиффл-сессиях с друзьями. Одновременно Дэвид увлёкся игрой на фортепиано. Его сценические номера были в стиле почитаемых им Пресли и Чака Берри. Участники местного скаутского движения Wolf Cub описывают их как «завораживающие… подобно чему-то с другой планеты». Тем временем, Боуи провалил общенациональный выпускной экзамен, после чего отправился учиться в технический колледж Bromley Technical High School, ныне известный как Ravenswood School For Boys.
Биограф Боуи Кристофер Сэндфорд (Christopher Sandford) так описывает эту необычную техническую школу:
Несмотря на свой статус, к тому времени, когда Дэвид приехал учиться (1958), заведение было богато тайными ритуалами, как и любая [английская] общественная школа. Имелись факультеты, названные в честь государственных деятелей восемнадцатого столетия — Питта и Уилберфорса . Особое внимание уделялось языкам, наукам и дизайну. Университетская атмосфера при опекунстве Оуэна Фрэмптона была потрясающей. По воспоминаниям Дэвида, Фрэмптон имел большое влияние в школе благодаря силе своего характера, а не интеллекту. Его коллеги по колледжу не обладали ни тем, ни другим. Они охотно отдавали своих наиболее одарённых учеников в сферу искусства, где нравы были весьма либеральными. Фрэмптон активно поощрял своего собственного сына Питера продолжить музыкальную карьеру с Дэвидом. Однако первоначальное сотрудничество Дэвида Боуи и Питера Фрэмптона было весьма коротким. Их полноценная совместная деятельность началась лишь тридцать лет спустя (во время Glass Spider Tour).
Боуи изучал искусство, музыку и дизайн, включая типографское макетирование и печать. Его брат Терри познакомил Дэвида с современным джазом, под его влиянием Боуи увлекся такими музыкантами как Чарльз Мингус и Джон Колтрейн. В 8–9 лет Дэвид впервые услышал Литтл Ричарда, и он загорелся мечтой стать саксофонистом. Это подтолкнуло его купить свой первый саксофон — «селмер» — из розовой пластмассы. Ради такой покупки Дэвид вынужден был таскать заказы для мясной лавки. А в 1961 году мать подарила ему белый пластмассовый альт-саксофон на рождество; вскоре он начал брать уроки у местных музыкантов. В 15-летнем возрасте между Боуи и его другом Джорджем Андервудом (George Underwood) произошла драка из-за девушки: Андервуд, носивший перстень на пальце, ударил Боуи в левый глаз, из-за чего последнему пришлось оставить школу на четыре месяца, чтобы врачи, опасавшиеся, что он потеряет зрение, смогли провести ряд операций и предотвратить слепоту. Пока Дэвид лежал в больнице, его брат Терри приносил ему книги, тем самым знакомя с Керуаком и Оруэллом. Врачам не удалось полностью восстановить зрение, в результате травмы у Боуи возникло дефектное восприятие глубины поля зрения. Боуи заявил, что, хотя он и может видеть своим травмированным глазом, восприятие цвета утрачено (постоянно присутствует коричневый фон). Зрачок травмированного глаза стал мидриатичным, что создало впечатление различного цвета глаз у Дэвида. Несмотря на драку, Андервуд и Боуи остались хорошими друзьями, Андервуд создавал иллюстрации для ранних альбомов Боуи.
В детстве Боуи научился играть на саксофоне и гитаре; позже — стал мультиинструменталистом (электрогитара, двенадцатиструнная гитара, клавишные, фортепиано, клавесин, губная гармоника, синтезатор, меллотрон, стилофон, ксилофон, вибрафон, кото, ударные и перкуссия). Дэвид Боуи — левша, однако играл на гитаре как правша.
