เฟรเดอริก แซงเงอร์เกิดเมื่อวันที่ 13 สิงหาคม ค.ศ. 1918 ที่หมู่บ้านเรนด์คัมบ์ในเทศมณฑลกลอสเตอร์เชอร์ ประเทศอังกฤษ เป็นบุตรคนที่สองของเฟรเดอริก แซงเงอร์ ผู้พ่อซึ่งเป็นแพทย์เวชปฏิบัติทั่วไปและซิเซลี แซงเงอร์ (นามสกุลเดิม ครูว์ดสัน)[5] เขามีพี่น้องสามคน ได้แก่ทีโอดอร์ พี่ชายซึ่งแก่กว่าเขาหนึ่งปี ตัวเขาเอง และแมรี (เมย์) น้องสาวซึ่งอ่อนกว่าเขาห้าปี[6] พ่อของเขาเคยเป็นแพทย์มิชชันนารีของคริสตจักรนิกายแองกลิคันผู้ซึ่งเคยเดินทางไปปฏิบัติศาสนกิจในประเทศจีนแต่ต้องเดินทางกลับเนื่องจากปัญหาสุขภาพ โดยใน ค.ศ. 1916 เฟรเดอริกผู้พ่ออายุได้ 40 ปี สมรสกับซิเซลีซึ่งอ่อนกว่าสี่ปี หลังจากที่ทีโอดอร์และเฟรเดอริกผู้ลูกเกิดแล้ว เฟรเดอริกผู้พ่อได้เปลี่ยนไปนับถือนิกายเควกเกอร์และเลี้ยงดูลูกของเขาตามแบบฉบับเควกเกอร์ ในขณะที่ซิเซลีเป็นธิดาของคหบดีผู้ผลิตฝ้าย ครอบครัวของเธอนับถือนิกายเควกเกอร์เช่นกัน แต่ตัวเธอเองไม่ได้นับถือนิกายนี้[6]

เมื่อเฟรเดอริก แซงเงอร์ผู้ลูกอายุได้ห้าขวบ ครอบครัวของเขาได้ย้ายไปอยู่ที่หมู่บ้านแทนเวิร์ท-อิน-อาร์เดินในเทศมณฑลวอริกเชอร์ ครอบครัวแซงเงอร์ค่อนข้างมีฐานะและได้จ้างครูสอนพิเศษ (governess) มาสอนที่บ้าน ใน ค.ศ. 1927 เมื่อแซงเงอร์อายุได้เก้าขวบ พ่อแม่ของเขาได้ส่งเขาไปเรียนที่โรงเรียนดาวส์ซึ่งเป็นโรงเรียนประจำในในเทศมณฑลเฮริฟอร์ดเชอร์ของนิกายเควกเกอร์ใกล้กับเมืองมัลเวิร์น (ซึ่งตั้งอยู่ในเทศมณฑลวุร์สเตอร์เชอร์) พี่ชายของเขาเข้าเรียนที่โรงเรียนเดียวกันแต่อยู่ชั้นสูงกว่าหนึ่งปี ใน ค.ศ. 1932 เมื่อแซงเงอร์อายุได้ 14 ปี เขาถูกส่งไปเรียนที่โรงเรียนไบรอันสตันในเทศมณฑลดอร์เซต โรงเรียนนี้ใช้ระบบดอลตันซึ่งเป็นระบบการศึกษาที่เปิดเสรีกว่า ซึ่งตัวแซงเงอร์เองก็ชอบระบบนี้ เขาชอบครูที่โรงเรียนและชอบวิชาสายวิทยาศาสตร์เป็นพิเศษ[6] แซงเงอร์สามารถจบการศึกษาได้ก่อนกำหนดหนึ่งปี ทำให้ในปีสุดท้ายแซงเงอร์ใช้เวลาส่วนใหญ่ทำการทดลองทางวิทยาศาสตร์ร่วมกับครูสอนเคมี เจฟฟรีย์ ออร์ดิช ผู้ซึ่งจบการศึกษาจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์และเคยเป็นนักวิจัยในห้องปฏิบัติการคาเวนดิช การทดลองร่วมกับครูออร์ดิชทำให้แซงเงอร์เปลี่ยนความสนใจจากการนั่งเรียนในหนังสือ และจุดประกายให้แซงเงอร์เลือกที่จะทำงานเป็นนักวิทยาศาสตร์[7] ใน ค.ศ. 1935 ก่อนที่แซงเงอร์จะเข้าเรียนมหาวิทยาลัย เขาได้เป็นนักเรียนแลกเปลี่ยนไปยังชูเลอชล็อสซาเลิมในเมืองซาเลิม รัฐบาเดิน-เวือร์ทเทิมแบร์ค ประเทศเยอรมนี โรงเรียนดังกล่าวมุ่งเน้นด้านกีฬามากกว่าวิชาการ ทำให้แซงเงอร์เข้าใจเนื้อหาในห้องเรียนดีกว่าเพื่อนนักเรียนคนอื่น เขาตกใจอย่างมากเมื่อพบว่าการเรียนในแต่ละวันที่ชูเลอชล็อสซาเลิมเริ่มต้นด้วยการอ่านเนื้อหาจากหนังสือไมน์คัมพฟ์ ตามด้วยการคารวะแบบนาซี[8]

แซงเงอร์เข้าเรียนที่ วิทยาลัยเซนต์จอนส์ มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ใน ค.ศ. 1936 เพื่อศึกษาวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ ซึ่งเป็นวิทยาลัยเดียวกับที่พ่อของเขาเข้าเรียน แซงเงอร์เลือกเรียนฟิสิกส์ เคมี ชีวเคมี และคณิตศาสตร์ในการเรียนแบบไทรพอส (Tripos) ส่วนที่หนึ่ง ซึ่งเขาประสบปัญหาในการเรียนวิชาฟิสิกส์และคณิตศาสตร์ ในชั้นปีที่สองเขาเปลี่ยนจากฟิสิกส์เป็นสรีรวิทยา เขาสำเร็จการศึกษาไทรพอสส่วนที่หนึ่งในเวลาสามปี ในส่วนที่สองเขาเรียนชีวเคมีและจบการศึกษาด้วยเกียรตินิยมอันดับหนึ่ง ภาควิชาชีวเคมีในขณะนั้นเพิ่งก่อตั้งได้ไม่นานนัก โดยผู้ก่อตั้งได้แก่เฟรเดอริก กาวแลนด์ ฮ็อปกินส์ และมีคณาจารย์คนสำคัญได้แก่มัลคอล์ม ดิกสัน, โจเซฟ นีดัม และเออร์เนสต์ บอลด์วิน[6] พ่อแม่ของเขาเสียชีวิตจากโรคมะเร็งในช่วงสองปีแรกของเขาที่เคมบริดจ์ พ่อของเขาเสียชีวิตเมื่ออายุได้ 60 ปีส่วนแม่เสียชีวิตเมื่ออายุ 58 ปี แซงเงอร์ในช่วงเรียนปริญญาตรีนั้นได้รับอิทธิพลจากพื้นฐานครอบครัวที่นับถือนิกายเควกเกอร์ ความคิดของเขาเป็นแบบสันตินิยม และเขาเป็นสมาชิกขององค์การพีซเพลดจ์ยูเนียน (Peace Pledge Union) เขาพบกับโจแอน โฮว์ ผู้ซึ่งสมรสกับเขาในเวลาต่อมาขณะร่วมกิจกรรมกับกลุ่มนักวิทยาศาสตร์เคมบริดจ์ต่อต้านสงคราม (Cambridge Scientists Anti-War Group) ในขณะนั้นเธอเรียนเศรษฐศาสตร์ที่วิทยาลัยนิวนัมในมหาวิทยาลัยเดียวกัน ทั้งสองหมั้นกันขณะที่แซงเงอร์เรียนไทรพอสส่วนที่สองและสมรสในเดือนธันวาคม ค.ศ. 1940 หลังจากที่เขาจบการศึกษาปริญญาตรี หลังจบการศึกษามุมมองของแซงเงอร์เริ่มเปลี่ยนไปจากนิกายเควกเกอร์โดยเริ่มเบี่ยงเบนไปทางวิทยาศาสตร์มากขึ้น สองสิ่งจากนิกายเควกเกอร์ที่เขายังคงยึดถือได้แก่ความจริงและการเคารพทุกชีวิต[9] แซงเงอร์ลงทะเบียนเป็นผู้คัดค้านโดยอ้างมโนธรรมเพื่อขอปฏิเสธการเกณฑ์ทหารในช่วงก่อนสงครามโลกครั้งที่สอง ในระหว่างนั้นแซงเงอร์เข้าฝึกงานช่วยเหลือด้านมนุษยธรรมที่ศูนย์เควกเกอร์สไปซ์แลนส์ในเทศมณฑลเดวอน และเขาทำงานเป็นผู้ช่วยพยาบาลเป็นเวลาสั้น ๆ[6]

แซงเงอร์เริ่มเรียนปริญญาเอกในเดือนตุลาคม ค.ศ. 1940 โดยมีที่ปรึกษาได้แก่นอร์แมน พีรี หัวข้อวิจัยของแซงเงอร์ได้แก่การค้นหาโปรตีนที่รับประทานได้จากหญ้า อย่างไรก็ตาม เพียงหนึ่งเดือนเศษหลังจากนั้นพีรีย้ายออกจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ไปรับตำแหน่งอื่น ทำให้อัลแบร์ท น็อยเบอร์เกอร์เข้ารับเป็นที่ปรึกษาของแซงเงอร์แทน[6] แซงเงอร์เปลี่ยนหัวข้อวิจัยเป็นการศึกษากระบวนการเมแทบอลิซึมของกรดอะมิโนไลซีน[10] และปัญหาเกี่ยวกับไนโตรเจนในมันฝรั่ง[11] หัวเรื่องวิทยานิพนธ์ของเขาคือ "The metabolism of the amino acid lysine in the animal body" โดยมีกรรมการสอบป้องกันวิทยานิพนธ์ได้แก่ชาลส์ ฮาริงตันและอัลเบิร์ต ชิบนอลล์ เขาสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาเอกใน ค.ศ. 1943[6]