Bradbury s-a născut în 1920[28] în Waukegan, Illinois,[29] ca fiu al lui Esther (Moberg) Bradbury, o imigrantă suedeză, și Leonard Spaulding Bradbury,[30] un montor de linii telefonice cu origini britanice.[31] Al doilea prenume, “Douglas”, l-a primit după actorul Douglas Fairbanks.

Ray Bradbury a fost înconjurat de o familie mare și iubitoare în timpul copilăriei petrecute în Waukegan, această perioadă constituind piatra de temelie a povestirilor sale. În ficțiunile sale, Waukegan-ul anilor ’20 avea să devină “Green Town,” Illinois, un simbol al siguranței și al sentimentului de ”acasă” folosit deseori ca și element de contrast al poveștilor fantastice și pline de pericole. El a servit pe post de cadru pentru acțiunea din Dandelion Wine, Something Wicked This Way Comes și Farewell Summer. În Green Town, unchiul preferat al lui Bradbury are aripi, carnavalurile itinerante ascund puteri supranaturale, iar bunicii săi îl cazează pe Charles Dickens.[32] Poate că folosirea cea mai elocventă a acestui pseudonim pentru orașul natal în culegerea de povestiri și schițe despre Green Town, Summer Morning, Summer Night, reprezintă modul în care Bradbury vrea să descrie dispariția rapidă a orășelelor mici americane, unde își avea el rădăcinile.

Între 1926 și 1933, familia Bradbury a schimbat constant domiciliul între Waukegan și Tucson, Arizona. În 1931, la unsprezece ani, tânărul Ray a început să scrie povestiri și, deoarece țara trecea prin Marea criză economică, a folosit uneori hârtie de împachetat. În 1934, familia Bradbury s-a mutat la Los Angeles, California.

Bradbury era înrudit cu Douglas Spaulding, care a studiat intens opera lui Shakespeare[33] și era un urmaș al lui Mary Bradbury, femeie judecată în 1692 în cadrul Proceselor vrăjitoarelor din Salem.[34]