Renner nasceu em Modesto, Califórnia, filha de Valerie Cearley (nascida Tague) e pai Lee Renner, que administrou o McHenry Bowl, uma pista de boliche de Modesto, na década de 1980. Seus pais se casaram na adolescência e se divorciaram quando Jeremy Renner tinha dez anos. Jeremy Renner é o mais velho de sete irmãos, o mais novo dos quais nasceu em 2011. Sua mãe tem ascendência irlandesa. Renner também é descendente de alemães.
Renner se formou na Fred C. Beyer High School em Modesto em 1989. Jeremy Renner frequentou o Modesto Junior College, onde Jeremy Renner estudou ciência da computação e criminologia, antes de Jeremy Renner fazer uma aula de teatro como eletiva e decidir seguir a carreira de ator.