พระบาทสมเด็จพระปรมินทรมหาภูมิพลอดุลยเดช เป็นพระโอรสองค์ที่สาม ในสมเด็จเจ้าฟ้ามหิดลอดุลเดช กรมหลวงสงขลานครินทร์ (สมเด็จพระมหิตลาธิเบศร อดุลยเดชวิกรม พระบรมราชชนก ในกาลต่อมา) และหม่อมสังวาลย์ มหิดล ณ อยุธยา (สกุลเดิม ตะละภัฎ, สมเด็จพระศรีนครินทราบรมราชชนนี ในกาลต่อมา)
เสด็จพระราชสมภพ ณ โรงพยาบาลเมาต์ออเบิร์น เมืองเคมบริดจ์ รัฐแมสซาชูเซตส์ สหรัฐอเมริกา เมื่อวันจันทร์ เดือนอ้าย ขึ้น 12 ค่ำ ปีเถาะ นพศก จุลศักราช 1289 ตรงกับวันที่ 5 ธันวาคม พ.ศ. 2470
มีพระเชษฐภคินีและสมเด็จพระบรมเชษฐาธิราช 2 พระองค์ คือ สมเด็จพระเจ้าพี่นางเธอ เจ้าฟ้ากัลยาณิวัฒนา กรมหลวงนราธิวาสราชนครินทร์ และพระบาทสมเด็จพระปรเมนทรมหาอานันทมหิดล
ทั้งนี้ พระนามของพระองค์ ภูมิพลอดุลยเดช มีความหมายดังนี้
ภูมิพล
ภูมิ หมายความว่า “แผ่นดิน”
พล หมายความว่า “พลัง”
รวมกันแล้วหมายถึง “พลังแห่งแผ่นดิน”
อดุลยเดช
อดุลย หมายความว่า “ไม่อาจเทียบได้”
เดช หมายความว่า “อำนาจ”
รวมกันแล้วหมายถึง “อำนาจที่ไม่อาจเทียบได้”