Doris Day werd op 3 april 1922 geboren in Evanston, een voorstad van Cincinatti (Ohio) als dochter van Duitse immigranten. Haar werkelijke naam is Doris Mary An von Kappelhoff. Ze had twee broers. Richard stierf voordat Doris geboren werd en Paul was een paar jaar ouder.
Ze groeide op in een Rooms katholiek gezin. Haar ouders gingen echter scheiden toen ze acht jaar oud was. Haar broer en zij werden toegewezen aan haar moeder.
Als meisje droomde ze ervan om balletdanseres te worden. Ze ging balletlessen volgen en op haar twaalfde danste ze samen met Jerry Doherty. Op haar veertiende wonnen ze een talentenjacht en kregen daarvoor 500 dollar. Ze gingen naar Hollywood, maar op de terugweg kregen ze een verschrikkelijk auto-ongeluk. Het maakte een einde aan haar danscarrière, voordat die eigenlijk begonnen was.
Haar moeder moedigde haar aan om met zingen te beginnen. Ze nam zangles en haar zangleraar kreeg het voor elkaar dat ze mocht optreden voor een lokaal radiostation. Daardoor werd zij opgemerkt door de bandleider Barney Rapp. Hij zorgde er eigenlijk voor dat ze haar naam wijzigde.
“Toen hij naar mijn naam vroeg zei ik dat die Doris Kappelhoff was. Hij zei, het is een mooie naam maar (lachend) hij is te lang voor de feesttent hier buiten”, aldus Doris. Rapp was echter zeer onder de indruk van haar uitvoering van het lied “Day After Day” en bood haar bovendien een arrangement aan. De titel van dit lied inspireerde haar om de artiestennaam Doris Day aan te nemen.
Op haar 16-de verhuisde ze naar Chicago om te gaan zingen bij “Bob Crosby and his Bobcats”. Maar al een paar weken later vertrok ze naar New York waar ze de zangeres werd van “Les Brown’s band”. Met deze band toerde zo door Amerika en met hen maakte ze een serie succesvolle grammofoonplaten, zoals “Sentimental Journey” (1945). Daardoor kreeg ze een platencontract als soliste bij Columbia Records.