มกุฎราชกุมารรูดอล์ฟประสูติเมื่อวันที่ 21 สิงหาคม พ.ศ. 2401 ณ พระราชวังแล็กเซ็นบูร์ก กรุงเวียนนา ประเทศออสเตรีย เป็นพระราชโอรสเพียงพระองค์เดียวในสมเด็จพระจักรพรรดิฟรานซ์ โจเซฟที่ 1 แห่งออสเตรีย (พระโอรสในอาร์ชดยุกฟรานซ์ คาร์ลแห่งออสเตรีย และเจ้าหญิงโซฟีแห่งบาวาเรีย) และ สมเด็จพระจักรพรรดินีเอลิซาเบธแห่งออสเตรีย (พระธิดาในดยุกแม็กซีมีเลียน โจเซฟแห่งบาวาเรีย และเจ้าหญิงลูโดวิก้าแห่งบาวาเรีย) เมื่อทรงพระเยาว์ ทรงได้รับการศึกษาจากเฟอร์ดินานด์ วอน ฮอชสเต็ทเทอร์ อาจารย์ที่ได้มาสอนตามพระบรมราชโองการของสมเด็จพระราชชนก ซึ่งต่อมาได้เป็นผู้อำนวยการแห่งพิพิธภัณฑ์ประวัติศาสตร์ธรรมชาติอิมพีเรียลแห่งกรุงเวียนนา โดยพระองค์ทรงมีความสนพระทัยในวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ โดยพระองค์ทรงเริ่มสะสมแร่ธาตุตั้งแต่ทรงพระเยาว์ (หลังจากที่พระองค์ทรงสิ้นพระชนม์ แร่ธาตุส่วนใหญ่ที่พระองค์ทรงสะสม ได้ถูกนำมาเป็นสื่อการเรียนการสอนในคณะเกษตรศาสตร์ และวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเวียนนา)

เมื่อพระองค์ทรงเจริญพระชนมพรรษาขึ้น สมเด็จพระจักรพรรดิฟรานซ์ โจเซฟ พระราชบิดามีพระบรมราชโองการ โปรดเกล้าโปรดกระหม่อมสถาปนาพระองค์เป็นมกุฎราชกุมารแห่งจักรวรรดิออสเตรีย-ฮังการี (Heir Apparent of the Austro-Hungarian Empire) โดยพระองค์ทรงเป็นรัชทายาททางนิตินัย หรือเปลี่ยนแปลงไม่ได้ หลังจากได้รับการสถาปนาเป็นมกุฎราชกุมารแล้ว พระองค์ทรงเริ่มมีความคิดขัดแย้งกับสมเด็จพระราชบิดา โดยพระองค์ทรงมีอุดมคติทางด้านเสรีนิยม ทรงยึดมั่นทางเสรีภาพเพื่อจะทรงใช้ในการปกครองในอนาคต แต่สมเด็จพระราชบิดาทรงมีอุดมคติตรงกันข้าม ทำให้ทั้ง 2 พระองค์ทรงขัดแย้งกัน แต่พระองค์ก็ทรงมีสมเด็จพระจักรพรรดินีเอลิซาเบธ พระราชมารดาที่ทรงมีอุดมคติเหมือนกับพระองค์ ทำให้ทั้ง 2 พระองค์ทรงมีความสัมพันธ์ดี แต่อย่างไรก็ตาม ทั้ง 2 พระองค์ก็ไม่ทรงประทับอยู่ด้วยกัน เพราะเนื่องจากเมื่อทรงพระเยาว์ พระองค์ทรงได้รับการเลี้ยงดูจากอาร์ชดัชเชสโซฟี พระสัสสุที่ทรงแย่งพระองค์จากสมเด็จผู้เป็นพระราชมารดาไปเลี้ยงดู โดยสมเด็จพระราชมารดาไม่ทรงมีโอกาสเลี้ยงดูพระองค์เลย