Paul Bettany, hijo de Thane Bettany y Anne Kettle, nació en el barrio londinense de Shepherd's Bush, en el seno de una familia de actores de teatro. Creció en la ciudad de Hatfield, en el condado de Hertfordshire, donde su padre daba clases en una escuela. Tiene una hermana mayor llamada Sarah y tuvo un hermano menor llamado Matthew que murió en un accidente a los ocho años, tras caer desde el techo de un edificio. Luego de este suceso, sus padres se divorciaron y él se mudó a vivir solo a Londres, donde fue un músico callejero antes de iniciar sus estudios en el Drama Centre London en 1990.