1685年3月21日（儒略历3月31日），巴赫出生在德国艾森纳赫。他是约翰·安布罗休斯·巴赫和玛莉亚·伊莉沙白·列莫赫特最小的一个孩子。约翰·安布罗休斯·巴赫是镇上的音乐家，教巴赫小提琴和羽管钢琴。叔叔们也是职业音乐家，包揽了从教堂管风琴到法院作曲家、音乐家的职位。巴赫的一个叔叔，约翰·克里斯多夫·巴赫（1645年至1693年）教了巴赫关于管风琴演奏艺术。巴赫为家庭的音乐成就感到自豪，1753年左右，他起草了一份族谱，名为《音乐巴赫家族的起源》。
巴赫的母亲死于1694年，他的父亲也在8个月之后随其母亲而去。10岁的巴赫成为了孤儿，并住进了位于萨克森-哥达-阿尔滕堡所辖奥尔德鲁夫的长兄约翰·克里斯多夫·巴赫（与叔叔同名，1671–1721）家里。在这里，他模仿、学习并演奏音乐；而他哥哥，一个职业教堂管风琴师，也经常用翼琴指导他。
他哥哥让他接触的作品有来自当时南德的大作曲家，包括约翰·帕海贝尔（他哥哥的老师）和约翰·杰可布·弗罗柏格，有来自北德的作曲家，也有法国人，例如尚-巴蒂斯特·卢利、路易斯·马赞德、马林·马莱斯，以及意大利人吉洛拉莫·弗列斯可巴迪。年轻的巴赫也许观摩学习了这些作曲家的作品。巴赫的手稿表明了他曾经为他哥哥抄总谱，但是显然他的哥哥禁止他这样做，也许是因为觉得这样浪费了他的时间。
大约14岁的时候，巴赫和一个比他大一些的校友乔治·艾德曼一起被授予合唱奖学金，就读位于吕内堡的名校圣米迦勒学校。这意味着他和他的朋友必须踏上一段徒步的或是乘坐马车的长途旅行。在校2年中，他广泛地接触了欧洲文化，这对于他后来的音乐生涯是非常关键的。此外，除了参与学校的无伴奏合唱团外，他也演奏风琴与大键琴。他学习了法语和意大利语，在神学、拉丁语、历史、地理、物理学等知识领域打下深厚的根基。他与德国北部的的贵族子弟交往，这些人被送到一些高专业性的学校学习，准备在外交、政治或军队中有所发展。