Robert Nesta Marley nacque nel villaggio di Nine Mile nel Saint Ann Parish, in Giamaica, si presume nel 6 febbraio 1945, anche se non si è pienamente sicuri. Suo padre, Norval Sinclair Marley era un giamaicano bianco di discendenza inglese, nato nel 1895 da genitori originari del Sussex. Norval era un capitano della marina, oltre che un sovrintendente delle piantagioni, quando sposò Cedella Booker, all'epoca diciottenne Giamaicana di colore. Norval provvedeva al sostentamento economico della moglie e del figlio, sebbene li vedesse raramente, essendo spesso in viaggio. Bob aveva appena 10 anni quando il padre morì a causa di un infarto nel 1955, all'età di 60 anni.
Robert fu vittima di pregiudizi razziali da giovane, a causa delle sue origini razziali miste, ed affrontò la questione della sua identità razziale durante tutta la sua vita. Una volta disse:
« Io non ho pregiudizi contro me stesso. Mio padre era bianco e mia madre era nera. Mi chiamano mezza-casta, o qualcosa del genere. Ma io non parteggio per nessuno, né per l'uomo bianco né per l'uomo nero. Io sto dalla parte di Dio, colui che mi ha creato e che ha fatto in modo che io venissi generato sia dal nero che dal bianco. »
Bob e la madre si trasferirono, dopo la morte di Norval a Trenchtown, un sobborgo di Kingston, la capitale della Giamaica. Fu costretto ad imparare l'autodifesa, dato che fu vittima di ripetuti episodi di bullismo, causati sia dalla sua origine razziale, sia dalla sua bassa statura (era alto 163 cm). Riuscì quindi a guadagnarsi una reputazione a causa della sua forza fisica, che gli portò il soprannome di "Tuff Gong".