母亲年轻时在乐清就是一个小有名气的演员。汤唯的画家父亲则是毕业于浙江杭州南山路上的中国美术学院(原浙江美术学院)。汤唯妈妈嫁给了爸爸就放弃了自己热爱的舞台来到了杭州,汤唯就出生于美丽的西湖边。汤唯妈妈说自己漂亮的女儿,是结合了他们夫妻两人的优点。
她的老邻居傅阿姨说,汤唯小时候非常懂礼貌,见人就热情地喊“阿姨”、“阿婆”,性格十分外向。汤唯的高中美术老师说:“汤唯非常非常懂礼貌,她看到老师不但不紧张害怕,反而很平和,性格也很活泼,又不会过头,所以让人印象深刻”。受家庭艺术氛围的熏陶,汤唯从小就表现出艺术和表演上的天赋。7岁时,汤唯就会指手画脚地安排小伙伴们自编自演节目了。
1994年,从杭州第十四中学初中部毕业后,父母为汤唯选择了杭州美术教学上较为出名的五四中学,希望她将来也能走上绘画工作这条路。如今这所学校已更名为杭州美术职业学校,坐落在杭州凤凰山脚下。汤唯在校时是班长,还是校学生会副主席,很能干,口才也好,经常在主持、辩论、朗诵的工作中频换角色,是个很好的学生干部。代过汤唯班级一个月的课李老师回忆说:“汤唯当时就是一个气质出众的女孩子,所以过了十几年我还记得她,要是别的学生早忘了。”李老师形容,汤唯的表现跟其他学生不一样,比其他小孩要成熟一些。“那个时候她已经有影视上的追求,除了画画,也花了一部分精力在这方面,早听说她高考会考演艺界,她人很有才气,不是说绘画的基本功有多好,但是人有没有灵气,是看得出的。”