Отец ДиКаприо происходит из семьи с итало-немецкими корнями. Мать ДиКаприо, Ирмелин ДиКаприо, в девичестве Инденбиркен, родилась в западногерманском Ор-Эркеншвике. Её отцом был Вильхельм Инденбиркен, а матерью — русская Елена Смирнова, которая после переезда в Германию из России вышла замуж и приняла фамилию мужа — Инденбиркен. Сам же ДиКаприо в разговоре с Владимиром Путиным сообщил, что его дед также был русским, и добавил: «Так что я не на четверть, а наполовину русский».
Учился в John Marshall High School в Лос-Анджелесе (Калифорния).
Сын Джорджа ДиКаприо и Ирмелин ДиКаприо.
Родители ДиКаприо — Джордж (автор комиксов) и Ирмелин (работавшая социальным служащим) развелись, когда ему ещё не исполнился один год, однако в дальнейшем старались воспитывать его по возможности вместе, чтобы не лишать ни отцовской, ни материнской заботы.
Когда Лео было всего 2,5 года, отец отвел его на популярное детское телешоу — это стало первым появлением будущего актера перед камерой.