อนุตตมา อมรวิวัฒน์ เป็นบุตรสาวของพลตำรวจเอก สมบัติ อมรวิวัฒน์ อดีตอธิบดีกรมสอบสวนคดีพิเศษ กับนางอัญชลีพรรณ อมรวิวัฒน์ สำเร็จการศึกษาปริญญาตรีเกียรตินิยมอันดับ 2 ด้านรัฐศาสตร์ สาขาความสัมพันธ์ระหว่างประเทศ จากจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย และปริญญาโทสองสาขา คือ สาขาธุรกิจระหว่างประเทศ จากมหาวิทยาลัยบอสตัน กับสาขานโยบายเศรษฐศาสตร์ระหว่างประเทศ จากมหาวิทยาลัยโคลัมเบีย