王光美出身名门世家。父亲王治昌早年留学日本早稻田大学曾在段祺瑞任国务总理的北洋政府任农商部工商司长、代理农商总长。被授予“特命全权公使”头衔，出使英美等国。国民党左派领袖廖仲恺是他留日同学、拜把兄弟。解放后在中央文史馆当馆员，1956年去世。

王冶昌曾两度丧妻有过三次婚姻，三位夫人生下十一个子女：前两位夫人生三子，即长子王光德，次子王光琦，三子王光超。王槐青第二次续弦，名叫董洁如，她出身天津富商家庭，受教于北洋女子师范大学。她生下八个子女，即王光杰、王光复、王光英、王光美、王光中、王光正、王光和、王光平。王光美在家中排行第七，前六位都是哥哥，后四位都是妹妹。

王光美于1921年出生在北京，其父王治昌恰逢美国出席华盛顿九国会议，这时接到家中电报贺生，顿觉乐不可支，触景生情，为之取名“光美”。王光美是王氏家族的大女儿。这些兄妹中，有半数以上在抗日战争和解放战争中投身了革命。王光美的四哥王光杰是兄妹中第一个加入共产党的，他在清华大学读书时，结识了“一二九”学生运动领导者之一、北平市学联党团书记姚依林。

受姚影响，1938年，王光杰加入中共，被党组织派遣到天津建立党的秘密地电台。为掩护秘密工作，又调来1936年入党的女青年王新与他装扮夫妻，不料弄假成了真夫妻。王新是东北军将领、曾任锦州省省长王瑞华的女儿，当时是东北流亡学生。1938年12月经党组织批准，他们正式结婚。解放后王光杰曾任电子工业部副部长。王光美五哥王光复，在抗战时，他作为空军飞行员，参加了著名的武汉空战。六哥王光英和王光美相差两岁，兄妹之情最笃。王光英没有参加任何党派，但作为王家惟一的资本家，创建了中国光大银行，是全国人大常委会副委员长。

叶剑英1946年到北平军调部任中共代表，他请地下党帮忙选调一个英语翻译。当时王光美的四嫂王新是地下党人，她向组织上推荐了王光美去当中共翻译，同时介绍地下党崔月犁同她认识。王光美说：大约1945年6月，经过嫂嫂王新的介绍，我认识了崔月犁等同志，同北平地下党有了联系。1946年2月的一天，崔月犁同志在太庙约我谈话，说要介绍我到刚成立不久的北平军调部中共代表团当英语翻译。