พันธุ์ทิพย์เกิดที่จังหวัดเชียงใหม่ เป็นบุตรคนเดียวของครอบครัว[1] สำเร็จมัธยมศึกษาตอนปลายจากโรงเรียนเซนต์ฟรังซีสซาเวียร์คอนแวนต์[1] แล้วจึงสำเร็จเป็นนิติศาสตรบัณฑิตจากคณะนิติศาสตร์ มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ ได้เกียรตินิยมอันดับสอง เมื่อ พ.ศ. 2522[2][3]

ต่อมา พันธุ์ทิพย์ได้เดินทางไปศึกษากฎหมายระหว่างประเทศต่อยังมหาวิทยาลัยโรแบร์ทชูมัน (Robert Schuman University) ประเทศฝรั่งเศส ได้ทำวิทยานิพนธ์เรื่อง การจัดองค์กรของที่ประชุมแห่งกรุงเฮกว่าด้วยกฎหมายระหว่างประเทศแผนกคดีบุคคลตั้งแต่ปี ค.ศ. 1955 จนถึงปัจจุบัน (L'organisation de la Conférence de La Haye de droit international privé des 1955 jusqu'a nos jours) จนสำเร็จเป็นนิติศาสตรมหาบัณฑิต สาขากฎหมายระหว่างประเทศ (diplôme d'études approfondies de droit international) เมื่อ พ.ศ. 2528[2][3]

ครั้นแล้ว ได้ศึกษากฎหมายสาขาเดียวกันต่อ ณ มหาวิทยาลัยเดิม ได้ทำวิทยานิพนธ์เรื่อง การทำกฎหมายว่าด้วยซื้อขายระหว่างประเทศให้เป็นเอกรูปโดยสนธิสัญญา (Unification conventionnelle du droit de la vente internationale) และสำเร็จเป็นนิติศาสตรดุษฎีบัณฑิต (doctorat en droit international) เมื่อ พ.ศ. 2532[2][3]