Анджелина Джоли родилась в Лос-Анджелесе, штат Калифорния, в семье актеров Джона Войта (Jon Voight) и Маршелин Бертран (Marcheline Bertrand). Анджелина Джоли является племянницей Чипа Тейлора, сестрой Джеймса Хейвена и крестницей Жаклин Биссет и Максимилиана Шелла. Со стороны отца Анджелина Джоли имеет чешское и немецкое происхождение, а со стороны матери ее предки происходят из французской Канады и, как говорят, из племени Ирокезов. Однако, Войт утверждал, что информация относительно индейского происхождения его жены – это легенда, которая была выдумана для того, чтобы усилить интерес к Маршелин Бертран, придав ее образу экзотичности. После развода родителей в 1976 году, Анджелина и ее брат воспитывались их матерью, которая оставила свою работу на сцене и переехала вместе с детьми в Палисадес, в Нью-Йорке. Будучи еще ребенком Анджелина часто смотрела фильмы своей матери, и позже она сказала, что именно это пробудило в ней интерес к кино и повлияло на принятие решения относительно будущей профессии. Когда ей было одиннадцать лет, семья вернулась в Лос-Анджелес, и именно здесь Анджелина была зарегистрирована в Театральном Институте Ли Страсберга, в котором Джоли проучилась два года, появляясь в некоторых постановках на театральной сцене. Анджелина вспоминала свои студенческие годы, проведенные в Средней школе Беверли Хиллз (позже Средняя школа Морено), как годы постоянной изоляции и одиночества среди детей из более богатых семей, проживающих в Лос-Анджелисе. Мама Анджелина жила на скромный доход, и это приводило к тому, что часто одежду приобретали в магазинах секонд-хенда, и это приводило к тому, что девочку дразнили другие ученики школы. Учитывая, что в то время Анджелина была долговязым подростком в очках и скобах такое поведение сверстников обижало девочку, и она замыкалась в своем мире. Ее чувство собственного достоинства было еще более уязвлено, когда ее первые попытки начать карьеру модели оказались неудачными.

В возрасте 14 лет Анджелина Джоли бросила учебу в театральной студии, и мечтала стать распорядителем на похоронах. Во время этого периода, она покрасила свои волосы в иссиня черный цвет, и жила со своими бой-френдом. Два года спустя, после того, как отношения закончились, она арендовала квартиру рядом с домом своей матери. Она вернулась к изучению театра сценической деятельности, закончила среднюю школу. Джоли долгое время не желала общения с отцом. Но отец и дочь сделали попытки примерится, и впоследствии он появился с нею в фильме Лара Крофт: расхитительница гробниц (2001 г.). В июле 2002 года, Джоли подал запрос на то, чтобы юридически изменить свое имя на «Анжелина Джоли», опустил часть фамилии – Войт; 12 сентября 2002 года изменение имени было сделано официально. В августе того же года, Джон Войт утверждал, что у его дочери «серьезные умственные проблемы» в связи со сменой имени. Позже Анджелина Джоли сделала заявления, что она больше не желает поддерживать отношения со своим отцом, и сказала: «Это мой отец и я не желаю больше об этом говорить. Я не держу зла на него…». Она заявила, что не хочет предавать гласности причины отчуждения от своего отца, но в это время упорно ходили слухи, что разрыв между отцом и дочерью произошел из-за того, что Анджелина решила усыновить ребенка.