Peter Thiel nació el 11 de octubre de 1967 en Frankfurt, Alemania Occidental, hjo de Klaus Friedrich Thiel y Susanne. Tiene un hermano menor llamado Patrick Michael Thiel.

Cuando Thiel tenía un año de edad, su familia emigró a los Estados Unidos y se estableció en Cleveland. Los esfuerzos profesionales de su padre hicieron que la familia se mudara a Sudáfrica y al suroeste de África (actualmente Namibia) antes de establecerse en Foster City, California, en 1977.

Fue un prodigio del ajedrez, comenzó a jugar a la edad de seis años. En 1992, obtuvo una calificación máxima de 2342 de la Federación de Ajedrez de los Estados Unidos (USCF). Fue galardonado con el título de Life Master.

Asistió a la San Mateo High School, donde fue elegido valedictorian de su graduación en 1985. Luego asistió a la Universidad de Stanford para estudiar filosofía. En Stanford, Thiel y Norman Book fundaron el periódico dirigido por estudiantes, «The Stanford Review», para ofrecer puntos de vista conservadores y libertarios. Thiel se convirtió en el primer editor en jefe del periódico y se desempeñó en el cargo hasta que obtuvo su Bachelor of Arts en 1989.

Luego asistió a la Escuela de Derecho de Stanford y obtuvo su Doctorado en Jurisprudencia en 1992.