Одрі Кетлін Растон народилася 4 травня 1929 р. в Брюсселі у сім'ї Джона Віктора Растона (John Victor Ruston) та баронеси Елли ван Гемстра (Ella van Heemstra). Біографи Гепберн називали її батька англо-ірландським банкіром, проте він не був ані ірландцем, ані банкіром. Мати Одрі була нідерландською аристократкою, у родині котрої були французькі дворяни й англійські монархи (зокрема, король Едуард ІІІ). Джон Растон згодом додав Гепберн (Hepburn) до свого прізвища, і прізвище Одрі стало Гепберн-Растон. Одрі мала двох зведених братів: Олександра та Яна ван Уффорда від першого шлюбу її матері з нідерландським аристократом Гендріком ван Уффордом.
Одрі відвідувала приватні школи в Англії та Нідерландах. Її мати була суворою жінкою, батько був добродушнішим, тому дівчинка більше любила його. Батько покинув сім'ю, коли Одрі була ще дитиною. Згодом вона назве його відхід найболіснішим моментом у своєму житті. Багато років потому, у 60-х рр., Одрі знайшла свого батька в Дубліні за допомогою Червоного Хреста й підтримувала його матеріально аж до самої його смерті.
Після розлучення батьків у 1935 році Гепберн жила з матір'ю в Арнемі (Нідерланди) у період Другої світової війни й німецької окупації. У цей час вона взяла псевдонім Едда Ван Гемстра, виправивши для цього документи своєї матері (Елла Ван Гемстра), оскільки «англійське» ім'я вважали за небезпечне. Ця вигадка виявилася такою успішною, що багато хто вважав і вважає до цього часу, що якраз це ім'я (Едда Ван Гемстра) і є справжнім ім'ям Одрі Гепберн. Остаточну крапку в цьому питанні поставив офіційний документ — метрика Одрі Кетлін Растон.
Після морського десанту союзників становище населення на окупованих німцями територіях погіршилося. Під час Нідерландського голоду узимку 1944 року нацисти конфісковували скромні запаси харчів і палива. Без тепла та їжі мешканці Нідерландів голодували, деякі замерзали просто на вулицях. Арнем спустошився під час бомбардувань союзників. Дядько та двоюрідний брат матері Одрі були розстріляні за участь в Русі Опору, а брата депортовано до німецького концтабору. Попри це, Одрі й сама допомагала Опору, виконуючи балетні номери, щоб зібрати засоби для підпілля, та передаючи таємні повідомлення. Ці часи були не такі вже й погані, і вона мала змогу радіти світлій порі дитинства. У 1992 році Гепберн говорила в інтерв'ю: «Поки в дитини є якийсь мінімум, вона зовсім щаслива. Я пам'ятаю, що нам бувало дуже весело. Ми ж не сиділи на підлозі й не плакали п'ять років поспіль. Звичайно, висіла тінь страху й репресій, і коїлися страшні речі…»
Через виснаження заняття танцями довелось припинити. Часом було так скрутно, що цибульки тюльпанів мололи на борошно, з якого вони пекли тістечка й печиво. Через недоїдання в Гепберн виникли негаразди зі здоров'ям. Вона лежала в ліжку й читала, намагаючись забути про голод.
У цей період Одрі любила малювати, деякі з її дитячих малюнків збереглися. Після визволення Нідерландів до країни стала прибувати гуманітарна допомога. Гепберн якось згадувала, що одного разу з'їла цілу бляшанку згущеного молока.
Важкий воєнний досвід юності закарбувався в пам'яті акторки; про потреби дітей у світі Гепберн пам'ятала усе життя. Уже з 1954 року Одрі почала виступати в радіопередачах ЮНІСЕФ, а згодом, після завершення акторської кар'єри, цілковито присвятила себе цій справі.
