Иоганн Себастьян Бах был младшим, восьмым ребёнком в семье музыканта Иоганна Амброзиуса Баха и Элизабет Леммерхирт. Род Бахов известен своей музыкальностью с начала XVI века: многие предки и родственники Иоганна Себастьяна были профессиональными музыкантами. В этот период Церковь, местные власти и аристократия поддерживали музыкантов, особенно в Тюрингии и Саксонии. Отец Баха жил и работал в Эйзенахе. В это время в городе насчитывалось около 6000 жителей. Работа Иоганна Амброзиуса включала организацию светских концертов и исполнение церковной музыки.
Когда Иоганну Себастьяну было 9 лет, умерла его мать, а через год не стало отца. Мальчика взял к себе старший брат, Иоганн Кристоф, служивший органистом в соседнем Ордруфе. Иоганн Себастьян поступил в гимназию, брат обучал его игре на органе и клавире. Иоганн Себастьян очень любил музыку и не упускал случая заниматься ею или изучать новые произведения.
Обучаясь в Ордруфе под руководством брата, Бах познакомился с творчеством современных ему южнонемецких композиторов — Пахельбеля, Фробергера и других. Возможно также, что он познакомился с работами композиторов Северной Германии и Франции.
В 15 лет Бах переехал в Люнебург, где в 1700—1703 годах учился в вокальной школе Св. Михаила. Во время учёбы он посетил Гамбург — крупнейший город в Германии, а также Целле (где в почёте была французская музыка) и Любек, где он имел возможность познакомиться с творчеством знаменитых музыкантов своего времени. К этим же годам относятся и первые произведения Баха для органа и клавира. Кроме пения в хоре акапелла, Бах, вероятно, играл на трёхмануальном органе школы и на клавесине. Здесь он получил первые знания по богословию, латыни, истории, географии и физике, а также, возможно, начал учить французский и итальянский языки. В школе Бах имел возможность общаться с сыновьями известных северонемецких аристократов и известными органистами, прежде всего, с Георгом Бёмом в Люнебурге и Рейнкеном в Гамбурге. С их помощью Иоганн Себастьян, возможно, получил доступ к самым большим инструментам из всех, на которых он когда-либо играл. В этот период Бах расширил свои знания о композиторах той эпохи, прежде всего, о Дитрихе Букстехуде, которого он очень уважал.