Рэй Брэдбери родился 22 августа 1920 года в больнице на улице Сент-Джеймс-стрит 11, в городе Уокиган, штат Иллинойс. Полное имя — Рэймонд Дуглас (второе имя в честь знаменитого актёра Дугласа Фэрбенкса). Дед и прадед Рэя, потомки первопоселенцев — англичан, приплывших в Америку в 1630 году, в конце 19 века издавали две иллинойские газеты (в провинции это определённое положение в обществе и известность). Отец — Леонард Сполдинг Брэдбери. Мать — Мари Эстер Моберг, шведка по происхождению. К моменту рождения Рэя отцу его не исполнилось и 30, работал он электромонтёром и был отцом четырёхлетнего сына — Леонарда-младшего (вместе с Леонардом-младшим родился его брат-близнец — Сэм, но он умер двух лет отроду). В 1926 у Брэдбери появляется сестрёнка — Элизабет, она также умерла будучи ребёнком.
Рэй редко вспоминал отца, чаще — мать, и только в третьей его книге («Лекарство от меланхолии», 1959) можно найти следующее посвящение: «Отцу с любовью, проснувшейся так поздно и даже удивившей его сына». Впрочем, Леонард-старший прочесть этого уже не мог, он умер за два года до этого, в возрасте 66 лет. Яркое отражение эта невыраженная любовь нашла в рассказе «Желание». В книге «Вино из одуванчиков», являющейся по сути дела книгой детских воспоминаний, главный взрослый персонаж носит имя Леонард Сполдинг. Сборник стихов «Когда слоны последний раз во дворике цвели» он снабдил следующим посвящением: «Эта книга — в память о моей бабушке Минни Дэвис Брэдбери, и моём деде Сэмюэле Хинкстоне Брэдбери, и моём брате Сэмюэле, и сестре Элизабет. Все они давно умерли, но я по сей день их помню». Часто он вставляет их имена в свои рассказы.
«Дядюшка Эйнар» существовал в действительности. Это был любимый из родственников Рэя — когда в 1934 семья перебралась в Лос Анджелес, туда же переехал и он — к радости племянника. Также в его рассказах встречаются имена другого дяди — Биона, и тёти Невады (её в семье называли просто Невой).
«Я начал читать произведения Достоевского, когда мне было 20 лет. Из его книг я узнал, как нужно писать романы и рассказывать истории. Я читал и других авторов, но, когда я был моложе, Достоевский был основным для меня».