เจ้าพระยาธรรมศักดิ์มนตรี เกิดที่บ้านหลังศาลเจ้าหัวเม็ด ตำบลสะพานหัน จังหวัดพระนคร เมื่อวันที่ 1 มกราคม 2419 ตรงกับวันจันทร์ เดือนยี่ แรม 2 ค่ำ ปีชวดเป็นบุตรคนที่ 18 จากบุตร-ธิดา 32 คนของพระยาไชยสุรินทร์ (หม่อมหลวงเจียม เทพหัสดิน) กับคุณหญิงอยู่ ไชยสุรินทร์ โดยพระยาไชยสุรินทร์ (หม่อมหลวงเจียม เทพหัสดิน) สืบสายตระกูลจากพระยาราชภักดี (หม่อมราชวงศ์ช้าง เทพหัสดิน) โอรสหม่อมจ้าฉิม ในสมเด็จพระสัมพันธวงศ์เธอ เจ้าฟ้ากรมหลวงเทพหริรักษ์

เมื่ออายุได้ 8 ขวบ ท่านบิดาก็ถึงแก่อนิจกรรม ชีวิตของท่านจึงผกผันจากการเป็นครอบครัวคนชั้นสูง จากการเป็นบุตรขุนนางชั้นผู้ใหญ่ (พระยาไชยสุรินทร์ดำรงตำแหน่งเจ้ากรมพระคลังข้างที่ในต้นรัชกาลที่ 5) ต้องมาช่วยมารดาทำสวน ค้าขายและรับจ้างเย็บรังดุมตั้งแต่ยังเด็ก ความยากลำบากทำให้ท่านมีความอดทนไม่ท้อถอยและมีอุปนิสัยอ่อนโยน มัธยัสถ์ ซึ่งเป็นสิ่งเกื้อหนุนให้ท่านมีความเจริญรุ่งเรืองในการศึกษาและการทำงาน

การศึกษา

เริ่มการศึกษาที่โรงเรียนวัดบพิตรพิมุข พระตำหนักสวนกุหลาบ และโรงเรียนสุนันทาลัย แล้วเข้าศึกษาต่อ ณ โรงเรียนฝึกหัดอาจารย์ระหว่างปี พ.ศ. 2435 - 2437 ได้รับประกาศนียบัตรครู และสอบไล่ได้เป็นที่ 1 ของผู้สำเร็จวิชาครูชุดแรกและทำหน้าที่สอนประมาณ 2 ปี

• พ.ศ. 2431 เมื่ออายุ 12 ปี เข้าเรียนประโยคหนึ่งที่โรงเรียนบพิตรพิมุข มีพระมหาหนอหรือขุนอนุกิจวิธูร (น้อย จุลลิธูร) เป็นครูคนแรก
• พ.ศ. 2432 จบประโยคสอง โรงเรียนพระตำหนักสวนกุหลาบเมื่ออายุ 12 ปี
• พ.ศ. 2435 จบประโยคมัธยมศึกษาชั้น 5 ภาษาอังกฤษหลักสูตรหลวงโรงเรียนตัวอย่างสุนันทาลัยเข้าแล้วศึกษาในโรงเรียนฝึกหัดอาจารย์ที่พระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวโปรดเกล้าให้ตั้ง โดยเป็นนักเรียนรุ่นแรกเพียง 3 คน สอบประกาศนียบัตรครูรุ่นแรกของกรมศึกษาธิการได้อันดับที่ ๑ เมื่ออายุ 16 ปี แล้วทำหน้าที่เป็นนักเรียนสอนในกรมศึกษาธิการ
• พ.ศ. 2437 เป็นผู้ช่วยอาจารย์ใหญ่โรงเรียนฝึกหัดอาจารย์
• พ.ศ. 2439 เมื่อวันที่ ๔ พฤษภาคม จึงได้เป็นนักเรียนทุนหลวงกระทรวงธรรมการไปศึกษาวิชาครูต่อที่ประเทศอังกฤษ ณ วิทยาลัยฝึกหัดครูเบอโรโรด (Borough Road College) ณ เมืองไอส์ลเวิซท์ (Isleworth) ทางใต้ของกรุงลอนดอน ภายใต้การดูแลของเซอร์ โรเบิร์ต มอแรน จบแล้วได้เดินทางไปดูงานด้านการศึกษาที่ประเทศอินเดียและพม่าเป็นเวลา 3 เดือน