Angelina è nata a Los Angeles, in California, figlia dell'attore Jon Voight, premio Oscar per Tornando a casa, e dell'attrice Marcheline Bertrand.
Il suo secondo nome, Jolie, è stato scelto dalla madre perché in francese significa "carina". I genitori di Angelina Jolie si separano nel 1976 e Angelina e il fratello finiscono a Palisades, nello Stato di New York, accuditi dalla madre.
Influenzata proprio dalla vena artistica della mamma, Angelina decide di diventare attrice.
Si dice che durante gli anni degli studi sia oggetto delle pesanti beffe di alcuni compagni di classe perché molto magra e per via dell'apparecchio per i denti. Questo suo disagio le causa problemi seri come l'autolesionismo. Si avvicina, tra l'altro, alla corrente dark (infatti il suo sogno in questi anni è di diventare un becchino), le cui espressioni più palesi sono l'indossare solo abiti neri e il tingersi i capelli di viola.
Dopo la separazione dei genitori, per molti anni non ha più rapporti con il padre. Un riavvicinamento si può riscontrare quando padre e figlia recitano assieme in Lara Croft: Tomb Raider del 2001, ma di nuovo il rapporto si deteriora perché Jon Voight, il padre di Angelina, rilascia al programma della NBC Access Hollywood una dichiarazione poco signorile, ovvero che la figlia soffriva di disturbi mentali fin da piccola.
Nel luglio 2002 "Angelina Jolie" diventa il suo nome ufficiale, il cognome paterno Voight viene eliminato legalmente. La stessa cosa fa il fratello James Haven.
Perde la madre per un cancro alle ovaie il 27 gennaio 2007.
