ศรัณยู เกิดที่ตำบลกระดังงา อำเภอบางคนที จังหวัดสมุทรสงคราม เป็นน้องชายแท้ๆ ของ ธเนศ วรากุลนุเคราะห์ มีพี่น้อง 4 คน แต่ว่าใช้คนละนามสกุลกัน เนื่องจากในวัยเด็กศรัณยูได้ถูกป้าขอไปเลี้ยงเป็นบุตรบุญธรรมจึงใช้นามสกุลของป้า

จบการศึกษาระดับมัธยมจาก โรงเรียนสวนกุหลาบวิทยาลัย รุ่นที่ 92 และจบการศึกษาระดับปริญญาตรีจาก คณะสถาปัตยกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย (รหัสเข้า 21)[4] อย่างไรก็ตามเขาไม่ได้มุ่งมั่นประกอบวิชาชีพที่เรียนมา โดยศรัณยูให้สัมภาษณ์ทางเว็บไซต์ BK ในภายหลังว่า "ละคอนถาปัด ชักนำผมสู่สิ่งที่กลายเป็นส่วนประกอบสำคัญที่สุดของชีวิตในรั้วมหาวิทยาลัย หลังจากจบปี 3 ผมรู้ตัวว่าผมไม่ได้อยากจะเป็นสถาปนิก" (ภาษาอังกฤษ) [5]

ช่วงชีวิตในรั้วมหาวิทยาลัย ศรัณยูกวาดรับบทเด่นใน "ละคอนถาปัด" หรือละครเวทีโดยนิสิตคณะสถาปัตยกรรมศาสตร์ จุฬาฯ รวมทั้งข้ามไปเล่นให้ละครเวทีของคณะอักษรศาสตร์ด้วย[6] [7] ศรัณยูกล่าวว่า การถือกำเนิดทางด้านการแสดงของเขามี รศ.สดใส พันธุมโกมล เป็นผู้ประสิทธิ์ประสาทวิชาศิลปะการแสดงให้เขาด้วยการยื่นบทนักแสดงนำในละครเวทีคณะอักษรศาสตร์เรื่อง คนดีที่เสฉวน และ พรายน้ำ[8] นำไปสู่อาชีพนักแสดงซึ่งกลายมาเป็นอาชีพที่ศรัณยูรักที่สุด[3] ไม่ใช่เพียงแค่พรสวรรค์ทางด้านการแสดง หน้าตาอันหล่อเหลายังดึงดูดให้มีแฟนๆติดตาม และละครถา'ปัดในช่วงนั้นกลายเป็นสิ่งที่วัยรุ่นจนถึงวัยทำงานในเมืองต้องไปดู ภาพลักษณ์ของการเป็นพระเอกละครถา'ปัด เป็นดรัมเมเยอร์ และเป็นนักรักบี้ สมัยมหาวิทยาลัย ทำให้ศรัณยูกลายเป็นดาวเด่นในสมัยเรียน จนมีกลุ่มซูโม่พูดถึงว่า สาวๆชอบแวะมาคณะสถาปัตย์เพราะ 2 เหตุผล คือ ห้องน้ำสะอาด กับ มาดู ศรัณยู