Rođena je kao Marie Magdalene Dietrich potkraj prosinca 1901. u Schönebergu, danas berlinskoj četvrti. Majka Wilhelmina Elisabeth Josefine, rođena Felsing, potjecala je iz imućne berlinske obitelji koja je posjedovala tvrtku za izradu nakita i satova, a otac Louis Erich Otto Dietrich radio je u policiji. Kao djevojčicu zvali su je Lena, Lene ili Leni, pa je odabrala ime Marlene. Već kao tinejdžerica počela se zanimati za kazalište i poeziju.