O pai de Barack Obama, Barack Obama Sr., cresceu como pastor de cabras no interior do Quênia e, depois, conseguiu uma bolsa que lhe permitiu estudar nos Estados Unidos e, por fim, se tornou um importante economista no governo do Quênia. A mãe de Barack, S. Ann Dunham, nascida em Wichita, no Kansas, se mudou com a família para o Texas e Washington, onde o pai dela trabalhava como auditor do governo. Ann e Barack Sr. se conheceram na Universidade do Havaí, quando ela se matriculou como estudante e ele como intercambista. Eles se conheceram em uma aula de língua russa e se casaram cerca de um ano depois.
Em 1961, quando Obama estava com dois anos de idade, seu pai recebeu uma bolsa para estudar na Harvard e deixou o Havaí rumo à Massachusetts. Pouco tempo depois, em 1964, Ann e Barack Sr. se divorciaram. (Obama veria seu pai mais uma vez; em 1971, Barack Sr. visitou Honólulu, quando o filho tinha 10 anos.) Um ano depois, Ann se casou novamente, desta vez com Lolo Soetoro, da Indonésia, com quem teve seu segundo filho, Maya, em 1970. Durante alguns anos, Obama, sua mãe, meia irmã e padrasto viveram na Indonésia, onde ele frequentava a escola. Sua primeira escola, que era administrada pelo governo e ensinava principalmente o Islã, ficava a apenas 20 minutos a pé de casa. Mais tarde, ele transferiu-se para o exclusivo colégio baseado no Catolicismo, o St Francis, onde estudou o Cristianismo.
Em 1971, a família retornou brevemente ao Havaí. O padrasto de Obama, que havia sido contratado pelo governo indonésio, então levou a família de volta à Indonésia, mas Obama decidiu permanecer no Havaí para concluir o ensino médio e estar mais perto de seus avós. Ele morou com eles por um tempo e depois com sua mãe, que voltou com ele ao Havaí após certo período na Indonésia para ajudá-lo com seus estudos no ensino médio. Por um curto período, a família de três voltou a viver na Indonésia, e mais uma vez Obama escolheu permanecer no Havaí. Sua mãe voltou pela última vez e se mudou para um apartamento em Honólulu, onde Obama continuou a viver. Por um breve período, a família viveu na pobreza, dependendo em parte de cartões de alimentos do governo. Em 1979, ele se formou no Punahou School, um renomado colégio preparatório em Honólulu.
Ele frequentou a Faculdade Occidental por dois anos, no subúrbio de Los Angeles, onde começou a se interessar por ciência política, e depois se transferiu para a Universidade Columbia, em Nova York, para estudar política; ele se formou em 1983 e obteve o grau de bacharel em ciência política. No primeiro ano na Occidental College, ele fez seu primeiro discurso importante, no qual se identificou como negro, embora seu aspecto fosse claramente misto. Durante os anos de faculdade ele teve um grande crescimento intelectual. Levava uma vida ascética e se mergulhou profundamente em seus estudos escolares, lendo os trabalhos de Friedrich Nietzsche, Toni Morrison, William Faulkner e outros. Após a formatura, ele trabalhou brevemente para a Business International Corp. como escritor e editor, e depois, por três anos, trabalhou em Chicago como organizador comunitário em alguns dos bairros mais pobres da cidade. Em 1988, ele se matriculou na faculdade de direito da Universidade Harvard e foi o primeiro afro-americano a ser eleito presidente do Harvard Law Review. Nesse período, ele trabalhava como assistente de verão no renomado escritório de advocacia Sidley Austin, em Chicago, onde conheceu Michelle Robinson, outra advogada do escritório e nascida em Chicago. Os dois se casaram em 1992.
Após Harvard, Obama se mudou de volta para a região de Chicago e passou a fazer parte do mundo da política do Partido Democrata. Organizando o Projeto Voto, um esforço comunitário para registrar afro-americanos para votar no pleito de novembro, ele ajudou dezenas de milhares de pessoas em Chicago e outras cidades de todo o Illinois a se inscreverem nos cadastros eleitorais. O esforço é creditado por ter ajudado o democrata Bill Clinton a vencer o estado em uma eleição presidencial muito disputada. Como resultado do trabalho de Obama e de outros envolvidos, Carol Moseley Braun, uma legisladora estadual, se tornou a primeira mulher afro-americana eleita para o Senado dos EUA.
Após o retorno de Harvard, Obama escreveu seu primeiro livro, um livro de memórias chamado Dreams from My Father: A Story of Race and Inheritance (Sonhos de meu pai: uma história sobre raça e herança), que foi publicado em 1995 e conta a história de como Obama, que na época era um jovem de aproximadamente 39 anos, lidou com sua identidade birracial ao viajar para o Quênia para traçar o histórico do falecido pai negro e visitar parentes e amigos nos pequenos vilarejos rurais onde o pai havia crescido e no ambiente urbano de Nairobi, onde o pai frequentou o colégio e conheceu a esposa branca.
Enquanto trabalhava em Dreams from My Father, Obama trabalhou como advogado de direitos de voto e direitos civis. Ele também ministrava palestras ocasionalmente na Universidade de Chicago.