Она родилась в ноябре 69 года до н. э., предположительно в Александрии. О детстве и юности Клеопатры известно очень мало: можно лишь предполагать, что ее время было поделено между официальными церемониями и учебой, а на игры его, скорее всего, не оставалось совсем. Известно, что Клеопатра знала множество языков – включая египетский, которым не владел почти никто из Птолемеев, – умела играть на музыкальных инструментах и петь, разбиралась в политике, искусстве, литературе и множестве других вещей. Она была любознательна и умна, и, скорее всего, многому научилась самостоятельно. В то время, когда ни греки, ни римляне традиционно не уделяли образованию своих дочерей особого внимания, Клеопатра – умная, образованная, с сильным характером – не знала себе равных.
Ее отец скончался в 51 году до н. э. и в завещании передал престол дочери Клеопатре, старшей из оставшихся в живых детей, и сыну Птолемею XIII, которому тогда не было и десяти лет. По обычаю Клеопатра, взявшая себе официальное имя Теа Филопатор (богиня, любящая отца), и Птолемей Теос Филопатор вступили в брак – по египетским законам, незамужняя женщина не может править страной, да и замужняя обязана делить трон с супругом. Скорее всего, этот брак, как и совместное правление, по крайней мере в первые годы, оставался формальным: Птолемей был слишком юн, а Клеопатра слишком своевольна. Именно к этому периоду ее жизни относится самая, пожалуй, известная легенда о Клеопатре: будто бы она соглашалась провести ночь с любым, кто захочет, но при одном условии – наутро любовника царицы должны были казнить. По словам римского историка Аврелия Виктора – впрочем, весьма пристрастного, – Клеопатра «обладала такой красотой, что многие мужчины своей смертью платили за обладание ею в течение одной ночи». Однако последние изыскания показывают, что слухи о красоте Клеопатры были весьма преувеличены: она была невысока ростом, обладала, как и все Птолемеи, крупным носом и острым подбородком, а с годами еще и потолстела. Однако ее обаяние и женственность, подкрепленные знанием любовной науки, были всепобеждающими.
Молодая царица мечтала возродить величие своей династии, изрядно потрепанное смутами, поражениями в войнах и дипломатическими неудачами. Пока еще не зная, как это сделать, она, в отличие от предшественников, смогла наладить отношения со сторонниками древнего Египта: Клеопатра была первой после нескольких поколений Птолемеев, кто говорил с египетскими жрецами не просто на одном языке, но и понимал смысл исполняемых ими обрядов. Образ жизни Клеопатры, ее представления о величии страны и ее рода отвечали представлениям народа о том, какими должны быть истинные фараоны, – неудивительно, что за пределами раздираемой интригами столицы ее почитали как воплощение богини Изиды.