Renner è nato a Modesto, in California, da madre Valerie Cearley (nata Tague) e padre Lee Renner, che gestiva il McHenry Bowl, una pista da bowling di Modesto, negli anni '80. I suoi genitori si sono sposati da adolescenti e hanno divorziato quando Jeremy Renner aveva dieci anni. Jeremy Renner è il maggiore di sette fratelli, il più giovane dei quali è nato nel 2011. Sua madre ha origini irlandesi. Anche Renner è di origine tedesca.
Renner si è diplomato alla Fred C. Beyer High School di Modesto nel 1989. Jeremy Renner ha frequentato il Modesto Junior College, dove Jeremy Renner ha studiato informatica e criminologia, prima che Jeremy Renner prendesse un corso di recitazione come elettivo e decidesse di dedicarsi alla recitazione.