Ze werd geboren als Gloria Fajardo op 1 september 1957 in Havana, Cuba. Als peuter vluchtte Estefan met haar familie uit Cuba toen de communistische dictator Fidel Castro aan de macht kwam. Haar vader, Jose Manuel Fajardo, was een Cubaanse soldaat en lijfwacht van voormalig president Fulgencio Batista. Haar grootvader van moederskant, Leonardo García, emigreerde naar Cuba vanuit Pola de Siero, Asturië, Spanje. Hij trouwde met Gloria's grootmoeder van moederskant in Pola de Siero, Asturië, Spanje. Haar grootmoeder van moederskant komt oorspronkelijk uit Logroño, Spanje.
Na zijn aankomst in de Verenigde Staten werd Fajardo gerekruteerd in de 2506 Brigade, een door de Central Intelligence Agency gefinancierde groep Cubaanse vluchtelingen die betrokken was bij de mislukte invasie in de Varkensbaai in 1961. Nadat president John F. Kennedy had onderhandeld over de vrijlating van de gevangen soldaten, voegde Fajardo zich weer bij zijn familie. Hij ging uiteindelijk bij het Amerikaanse leger en diende twee jaar in Vietnam.
Als kind schreef Estefan graag poëzie, en hoewel ze klassieke gitaarlessen nam, vond ze die vervelend. Ze had geen idee dat ze ooit een populaire muziekster zou worden, maar muziek speelde een zeer belangrijke rol voor haar als tiener.
Na de terugkeer van haar vader uit Vietnam werd bij hem multiple sclerose vastgesteld, mogelijk als gevolg van blootstelling aan het herbicide Agent Orange toen hij in het leger diende. Estefans moeder, die in Cuba onderwijzeres was geweest, werkte overdag om het gezin te onderhouden en ging 's avonds naar school. De jonge Gloria moest voor haar vader en jongere zusje zorgen. Ze had weinig sociaal leven, en omdat ze het gewicht van die verantwoordelijkheden voelde, wendde ze zich tot de muziek als uitlaatklep.
"Toen mijn vader ziek was, was muziek mijn ontsnapping," vertelde Estefan aan Washington Post-verslaggever Richard Harrington. "Ik sloot me urenlang op in mijn kamer en zong alleen maar. Ik huilde niet, ik weigerde te huilen... Muziek was de enige manier die ik had om het los te laten, dus ik zong voor de lol en voor emotionele catharsis."
Estefan zei in een interview, dat ze aan geen enkele politieke partij verbonden is.
