S-a născut Gloria Fajardo la 1 septembrie 1957, în Havana, Cuba. Pe când era copil, Estefan a fugit din Cuba împreună cu familia sa atunci când dictatorul comunist Fidel Castro a ajuns la putere. Tatăl ei, Jose Manuel Fajardo, fusese soldat cubanez și gardă de corp a fostului președinte Fulgencio Batista. Bunicul ei matern, Leonardo García, a emigrat în Cuba din Pola de Siero, Asturias, Spania. S-a căsătorit cu bunica maternă a Gloriei în Pola de Siero, Asturias, Spania. Bunica ei maternă este originară din Logroño, Spania.
După ce a venit în Statele Unite, Fajardo a fost recrutat în Brigada 2506, o bandă de refugiați cubanezi finanțată de Agenția Centrală de Informații, care a fost implicată în invazia nereușită din 1961 din Golful Porcilor. După ce președintele John F. Kennedy a negociat eliberarea soldaților capturați, Fajardo s-a alăturat familiei sale. În cele din urmă s-a înrolat în armata americană și a servit timp de doi ani în Vietnam.
În copilărie, lui Estefan îi plăcea să scrie poezii și, deși a luat lecții de chitară clasică, acestea i s-au părut plictisitoare. Nu avea nicio idee că va deveni într-o zi o vedetă muzicală populară, dar muzica a jucat un rol foarte important pentru ea în adolescență.
După întoarcerea tatălui ei din Vietnam, acesta a fost diagnosticat cu scleroză multiplă, posibil ca urmare a faptului că a fost expus la erbicidul Agent Orange în timpul serviciului militar. Mama lui Estefan, care fusese profesoară în Cuba, lucra pentru a întreține familia în timpul zilei și mergea la școală noaptea. Tânăra Gloria a fost lăsată să aibă grijă de tatăl și de sora ei mai mică. Nu prea avea o viață socială și, pentru că simțea greutatea unor astfel de responsabilități, s-a îndreptat spre muzică ca o eliberare.
"Când tatăl meu era bolnav, muzica era calea mea de scăpare", a declarat Estefan pentru reporterul Richard Harrington de la Washington Post. "Mă închideam în camera mea timp de ore întregi și cântam pur și simplu. Nu plângeam - refuzam să plâng... Muzica era singura modalitate pe care o aveam de a mă elibera, așa că am cântat pentru distracție și pentru catharsis emoțional."
Estefan a declarat, într-un interviu, că nu este afiliată la niciun partid politic.
