Geraldine Chaplin lahir di Santa Monica, California, sebagai anak keempat dari pembuat film Charlie Chaplin. Ia merupakan anak pertama dari delapan bersaudara dari istri keempat dan terakhirnya, Oona O'Neill. Kakek-nenek pihak ayahnya adalah penyanyi Inggris Charles Chaplin, Sr. dan Hannah Harriet Pedlingham Hill dan kakek-nenek pihak ibunya adalah pengarang drama Amerika pemenang Penghargaan Nobel dan Pulitzer Eugene O'Neill dan penulis kelahiran Inggris Agnes Boulton. Ketika Geraldine berusia delapan tahun, keluarganya berpindah ke Swiss, sejak ayahnya menjadi korban kampanye anti-komunis di AS, di mana ia masuk sekolah asrama dan menjadi dapat berbahasa Prancis dan Spanyol. Pada 1967, ia mulai menjalin hubungan dua belas tahun dengan Carlos Saura, yang menyutradarainya dalam beberapa film antara 1967 dan 1979.