Lederberg nacque a Montclair, New Jersey, da Esther Goldenbaum Schulman Lederberg e Rabbi Zvi Hirsch Lederberg, nel 1925, e si trasferì da bambino a Washington Heights, Manhattan. Aveva due fratelli minori. Lederberg si diplomò alla Stuyvesant High School di New York City all'età di 15 anni nel 1941. Dopo il diploma, gli fu concesso un laboratorio dall'American Institute Science Laboratory, un predecessore del Westinghouse Science Talent Search.