พระบาทสมเด็จพระบรมนาถ นโรดม สีหมุนี เสด็จพระราชสมภพเมื่อวันที่ 14 พฤษภาคม พ.ศ. 2496 เป็นพระราชบุตรลำดับที่ 12 ในพระบาทสมเด็จพระนโรดม สีหนุ ประสูติแต่สมเด็จพระอัคคมเหสีนโรดม มุนีนาถ สีหนุ (พระนามเดิม ปอล โมนีก อิซซี) ซึ่งมีเชื้อสายฝรั่งเศส คอร์ซิกัน และอิตาลี[3][4] มีพระภราดาพระภคินีร่วมพระราชบิดา 14 พระองค์ ร่วมพระราชมารดาหนึ่งพระองค์คือสมเด็จพระนโรดม นรินทรพงษ์ (พ.ศ. 2497–2546)[5]

นอกจากนี้ เมื่อนับพระญาติทางฝ่ายพระราชบิดา พระองค์นับเป็นพระญาติชั้นที่ 3 ของพระนางเจ้าสุวัทนา พระวรราชเทวี และเป็นพระญาติชั้นที่ 4 ของสมเด็จพระเจ้าภคินีเธอ เจ้าฟ้าเพชรรัตนราชสุดา สิริโสภาพัณณวดี[6]