Рэй Брэдбери родился 22 августа 1920 года в больнице на улице Сент-Джеймс-стрит 11, в городе Уокиган, штат Иллинойс. Полное имя — Рэймонд Дуглас — второе имя мальчик получил в честь знаменитого актёра Дугласа Фэрбенкса. Первое время имя мальчика писали Rae в честь двоюродного дяди, но по совету школьного учителя написание сменили на традиционное Ray, чтобы мальчика не задразнили за слишком женственное имя.

Вместе со старшим братом Брэдбери — Леонардом родился его брат-близнец — Сэм, но он умер в возрасте двух лет). В 1926 у Брэдбери появляется сестрёнка — Элизабет, она также умерла будучи ребёнком. Эти две смерти и смерть дедушки наложили мрачный отпечаток на впечатлительного ребёнка, обладающего поразительной памятью. Тема смерти и ухода от неё в фантастические миры — одна из основных в его книгах.