Życiorys Fridtjof Nansen urodził się 10 października 1861 roku w Store Frøen pod Kristianią (współczesnym Oslo). Jego ojciec – Baldur Frithjof Nansen (1817–1885) – był prawnikiem, a matka – Adelaide Johanne Thekla Isidore Bølling (1823–1877) – pochodziła z arystokratycznej rodziny Wedel-Jarlsberg. Zarówno dla ojca jak i dla matki Fridtjofa było to drugie małżeństwo, a Fridtjof oprócz brata Alexandra, miał sześcioro przyrodniego rodzeństwa z poprzednich związków rodziców.
Rodzina ojca przybyła do Norwegii w połowie XVIII wieku, a jednym z prominentnych jej przodków był Hans Nansen (1598–1667), kupiec i burmistrz Kopenhagi, autor Compendium Cosmographicum (1633), który brał udział w pierwszych wyprawach w rejon Morza Białego w celu otwarcia nowych szlaków handlowych do Rosji. Matka była bratanicą Hermanna von Wedel-Jarlsberga (1779–1840), reprezentującego króla Karola III (1763–1844) i szefa rządu Norwegii (Statholder).
Fridtjof Nansen spędził dzieciństwo w rodzinnej posiadłości Store Frøen. Już jako dziecko zimą jeździł i skakał na nartach, a latem systematycznie pływał w zimnych wodach fiordu. Od około 12 roku życia odbywał długie polowania i wyprawy wędkarskie.