François Jacob è l'unico figlio di Simone e Teresa Jacob, entrambi di religione ebraica. François descrive suo padre come un "religioso conformista", mentre egli, poco dopo il suo bar mitzvah, diventa un ateo. È un bambino curioso, precoce nell'imparare a leggere. All'età di sette anni entra al Liceo Carnot, dove viene istruito per il decennio successivo; lo stesso Jacob nella sua autobiografia, ricordando gli anni trascorsi al Liceo dice: "Dieci anni in un posto simile, che punizione per un ragazzo".