Henri Philippe Bénoni Omer Pétain naît à Cauchy-à-la-Tour, dans une famille de cultivateurs installée dans la commune depuis le XVIIIe siècle. Il est le fils d'Omer-Venant Pétain (1816-1888) et de Clotilde Legrand (1824-1857). Il a quatre sœurs, Marie-Françoise Clotilde (1852-1950), Adélaïde (1853-1919), Sara (1854-1940) et Joséphine (1857-1862). Sa mère meurt et son père se remarie avec Marie-Reine Vincent. Trois autres enfants, demi frères et sœurs, voient le jour : Élisabeth (1860-1952), Antoine (1861-1948) et Laure (1862-1945).

Bien que son acte de naissance porte les prénoms : Henri, Philippe, Bénoni, Omer, c'est Philippe qu'il choisit et, tout au long de sa vie, Pétain a toujours pris soin de rectifier.

Sa belle-mère néglige les enfants du premier lit de son mari et Philippe Pétain s'enferme dans le silence, ne parlant pas avant l'âge de trois ans. Il est élevé par ses grands-parents ; sa grand-mère lui apprend à lire. À 11 ans, il entre en 1867 au collège Saint-Bertin situé à Saint-Omer, à trente kilomètres de Cauchy, et y montre des qualités en géométrie, grec, et anglais. La famille est marquée par le catholicisme. Philippe sert la messe quotidienne comme enfant de chœur. Un membre de la famille a été béatifié en 1860par Pie IX, puis canonisé en 1881 par Léon XIII (le « pauvre de Dieu » saint Bénoni, né à Amettes en 1748 et mort à Rome en 1783), un de ses oncles et deux de ses grands-oncles sont abbés (dont l'abbé Lefebvre, qui meurt presque centenaire et qui jeune a servi dans la Grande Armée de Napoléon). Cet environnement marque Philippe Pétain; touché à 14 ans par la défaite de 1870, il décide d’être soldat. Son oncle, l'abbé Legrand, le présente au châtelain du village de Bomy, Édouard Moullart de Vilmarest, qui souhaitait financer les études d'un jeune villageois se destinant à une carrière militaire. Philippe Pétain prépare, au collège des Dominicains d'Arcueil (1875), l'école de Saint-Cyr, qu'il intègre en 1876.

À l’École spéciale militaire de Saint-Cyr, il est de la promotion Plewna, avec le vicomte Charles de Foucauld, futur bienheureux, et Antoine Manca de Vallombrosa, futur célèbre aventurier. Entré parmi les derniers (403e sur 412), il sort en milieu de classement (229e sur 336). Cinq ans sous-lieutenant, sept ans lieutenant, dix ans capitaine, il gravit lentement les échelons militaires. Plusieurs jeunes femmes de bonne famille (Antoinette Berthelin, Angéline Guillaume, Lucie Delarue, Marie-Louise Regard) refusant ses demandes en mariage car il est encore un militaire de rang moyen, il a de nombreuses maîtresses et fréquente souvent le bordel.