সরোজিনী একটি বাঙালি পরিবারে জন্মগ্রহণ করেছিলেন, তাঁর বাবা ছিলেন একজন বিজ্ঞানী এবং ডাক্তার, যিনি হায়দ্রাবাদে চলে আসেন, যেখানে তিনি হায়দ্রাবাদ কলেজের প্রশাসক ছিলেন। এছাড়াও তিনি ভারতীয় জাতীয় কংগ্রেস হায়দ্রাবাদের প্রথম সদস্য হন। তিনি চাকরি ছেড়ে স্বাধীনতা সংগ্রামে ঝাঁপিয়ে পড়ার সিদ্ধান্ত নেন। সরোজিনীর মা বরদ সুন্দরী দেবী ছিলেন একজন লেখিকা, যিনি বাংলায় কবিতা লিখতেন। ৮ ভাইবোনের মধ্যে সরোজিনীজি ছিলেন সবার বড়। তাঁর এক ভাই বীরেন্দ্রনাথ ছিলেন একজন বিপ্লবী, যিনি বার্লিন কমিটি গঠনে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করেছিলেন। তিনি ১৯৩৭ সালে একজন ইংরেজ কর্তৃক নিহত হন এবং তাঁর অপর ভাই হরিন্দ্রনাথ ছিলেন একজন কবি ও অভিনেতা।