พระวรวงศ์เธอ พระองค์เจ้าจิรศักดิ์สุประภาต เป็นพระโอรสองค์สุดท้องในสมเด็จพระราชปิตุลาบรมพงศาภิมุข เจ้าฟ้าภาณุรังษีสว่างวงศ์ กรมพระยาภาณุพันธุวงศ์วรเดช ประสูติแต่หม่อมเล็ก ภาณุพันธุ์ ณ อยุธยา (สกุลเดิม ยงใจยุทธ[5] เป็นพี่สาวของร้อยเอกชั้น ยงใจยุทธ บิดาของพลเอกชวลิต ยงใจยุทธ) ประสูติเมื่อวันที่ 4 กันยายน พ.ศ. 2460 เมื่อประสูติมีพระอิสริยยศที่ หม่อมเจ้าจิรศักดิ์สุประภาต ภาณุพันธุ์ มีพระพี่น้องร่วมพระมารดา 4 พระองค์ ได้แก่

• พระวรวงศ์เธอ พระองค์เจ้ารำไพประภา
• พระวรวงศ์เธอ พระองค์เจ้าอาภัสสรวงศ์
• พระวรวงศ์เธอ พระองค์เจ้าพีรพงศ์ภาณุเดช
• พระวรวงศ์เธอ พระองค์เจ้านรเศรษฐสุริยลักษณ์

หม่อมเจ้าจิรศักดิ์สุประภาตเติบโตในพระบรมมหาราชวังจนอายุได้ 7 ปี จึงทรงย้ายมาอยู่กับพระบิดา ต่อมาสมเด็จพระราชปิตุลาบรมพงศาภิมุข เจ้าฟ้าภาณุรังษีสว่างวงศ์ กรมพระยาภาณุพันธุวงศ์วรเดช ทรงนำพระองค์เจ้าจิรศักดิ์สุประภาต มาถวายเป็นบุตรบุญธรรมใน พระบาทสมเด็จพระปกเกล้าเจ้าอยู่หัว ซึ่งไม่มีพระราชบุตรกับสมเด็จพระนางเจ้ารำไพพรรณี พระบรมราชินี

ด้านการศึกษาทรงเข้ารับการศึกษาเบื้องต้นที่โรงเรียนเทพศิรินทร์ เมื่อปี พ.ศ. 2468 เลขประจำตัวนักเรียน ท.ศ.3022 หลังจากนั้นพระบาทสมเด็จพระปกเกล้าเจ้าอยู่หัว ทรงทุ่มเทความรักและเอาพระราชหฤทัยใส่เหมือนเป็นพระราชโอรสแท้ ๆ ทรงอุปถัมภ์ให้ไปศึกษาต่อที่ประเทศอังกฤษ