Kelly Clarkson werd geboren in Fort Worth, Texas. Zij is het derde en jongste kind van Jeanne Rose Clarkson, lerares in het eerste leerjaar, en Stephen Michael Clarkson.
Clarkson's ouders scheidden toen ze zes jaar oud was, na zeventien jaar getrouwd te zijn geweest. Het gezin verhuisde vervolgens naar Burleson, Texas, waar haar moeder hertrouwde. Ze is van Griekse (van een overgrootvader van moederskant), Engelse, Ierse, Duitse en Schotse afkomst. Haar moeder stamt af van de Republikeinse staatssenator Isaiah Rose, wiens levensverhaal werd besproken in Clarkson's aflevering van Who Do You Think You Are? , in 2013.
Clarkson ging naar de Pauline G Hughes Middle School en Burleson High School. Ze wilde oorspronkelijk zeebioloog worden, maar veranderde van gedachten nadat ze de film Jaws had gezien. In de zevende klas hoorde een van haar leraren haar zingen in de gang en vroeg haar auditie te doen voor het schoolkoor.
Op de middelbare school trad Clarkson op in musicals als Annie Get Your Gun, Seven Brides for Seven Brothers en Brigadoon. Ze zong op de talentenjacht van haar middelbare school, waarna een publiekslid enkele inspirerende woorden met haar sprak: "God heeft je deze gave gegeven. Je moet zingen. Je bent voorbestemd om te zingen." Clarkson bleef zingen en begon al snel aan een klassieke opleiding, in de hoop dat muziek haar ticket zou zijn voor een studiebeurs.
Na de middelbare school kreeg Clarkson volledige beurzen aangeboden voor de Universiteit van Texas in Austin, de Universiteit van Noord-Texas en het Berklee College of Music. Ze besloot echter niet naar de universiteit te gaan om een carrière in de muziek na te streven met de woorden: "Je bent nooit te oud om naar de universiteit te gaan".