Hà Anh Tuấn sinh ra tại Thành phố Hồ Chí Minh và là cựu học sinh chuyên hóa của Trường trung học phổ thông chuyên Lê Hồng Phong. Bố mẹ Hà Anh Tuấn đều là những người quê gốc Ninh Bình. Từ khi còn là học sinh, anh đã tham gia rất nhiều phong trào văn nghệ của trường cũng như thành phố. Năm 2001 và 2002, anh tham gia và đoạt giải nhất dành cho giọng nam trong cuộc thi học sinh - sinh viên Chú Ve Con. Giải nhất đơn ca trong "Liên hoan Tiếng hát học sinh - sinh viên" toàn thành năm 2002. Sau khi tốt nghiệp cấp 3, Tuấn thi đậu cùng lúc 2 trường Đại học Ngân hàng, Đại học Khoa học Tự nhiên Thành phố Hồ Chí Minh và giành luôn một suất học bổng học tại Hoa Kỳ. Tuy nhiên với niềm say mê hóa học, anh đã lựa chọn đi du học tại trường Technik Universität -thường gọi tắt là TU - Đại học kĩ thuật Darmstadt, thuộc bang Hessen của Đức. Sở dĩ Tuấn chọn Đức vì ở đây anh có thể tiếp tục theo đuổi bộ môn mình yêu thích, đồng thời được tiếp cận với nền văn minh lâu đời của châu Âu.