Nacida en Turín el 22 de abril de 1909, fue la menor (junto con su hermana gemela Paola) de 24 hijos de una familia sefardí. Su padre, Adamo Levi, bien dotado para las matemáticas, era de profesión ingeniero eléctrico y su madre, Adele Montalcini, pintora con gran talento. Su hermano mayor, Gino, falleció a causa de un ataque al corazón en 1974. Fue uno de los arquitectos italianos más conocidos, profesor también en la Universidad de Turín. Rita Levi-Montalcini tuvo otras dos hermanas: Anna, cinco años mayor y Paola Levi-Montalcini, artista plástica muy conocida, que falleció el 30 de diciembre del 2012, a los 103 años.
