ไมลีย์เกิดเมื่อวันที่ 23 พฤศจิกายน 2535 ที่เมืองแฟรงคลิน รัฐเทนเนสซี[9] เป็นธิดาของบิลลี เรย์ ไซรัส นักร้อง กับเลทีเชีย จีน "ทีช" ไซรัส (สกุลเดิม ฟินลีย์) มารดา[9] เมื่อแรกเกิดเธอมีปัญหาภาวะภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะชนิดเร็วที่สม่ำเสมอ (supraventricular tachycardia)[10][11] เธอมีชื่อเดิมว่า เดสทินี โฮป ไซรัส (Destiny Hope Cyrus) ที่บิดามารดาตั้ง เพราะเชื่อว่าชีวิตเธอจะมีแต่สิ่งดี ๆ และตั้งชื่อเล่นให้ว่า สไมลีย์ (Smiley) ที่แปลว่ายิ้มแย้ม เพราะขณะที่เธอยังเป็นทารกเธอมักยิ้มอยู่เนืองนิจ[12] ในปี 2551 เธอเปลี่ยนชื่อเป็น ไมลีย์ เรย์ ไซรัส (Miley Ray Cyrus) โดยชื่อกลางมาจากชื่อของรอนัลด์ เรย์ ไซรัส (Ronald Ray Cyrus) ปู่ที่เป็นนักการเมืองซึ่งเสียชีวิตไปก่อนหน้า[13]

ด้วยคำแนะจากค่ายเพลงที่พ่อของเธอสังกัดอยู่[14] พ่อแม่ของไมลีย์จึงสมรสอย่างเงียบ ๆ เมื่อวันที่ 28 พฤศจิกายน 2536[15] และมีบุตรด้วยกันอีกสองคนคือไบรสัน (Braison) และโนอาห์ (Noah)[16] นอกจากนี้ทีช มารดายังมีบุตรจากการสมรสก่อนหน้าสองคน คือ เทรซ (Trace) และแบรนดี (Brandi)[17] ส่วนบิลลีบิดาก็มีบุตรจากความสัมพันธ์กับคริสติน ลักกี (Kristin Luckey) ชื่อคริสโตเฟอร์ โคดี (Christopher Cody) ปัจจุบันอยู่ที่รัฐเซาท์แคโรไลนา[18] ซึ่ง สำนักข่าวเอบีซีไพร์มไทม์ (ABC News: Primetime) ว่าทั้งไมลีย์และคริสโตเฟอร์ เป็นพี่น้องต่างมารดาที่เกิดในปีเดียวกัน และเป็นบุตรนอกสมรสทั้งคู่ ซึ่งเรื่องดังกล่าวก็ถูกปกปิดโดยค่ายเพลงที่บิลลีสังกัดด้วยเช่นกัน[14][19][20] ทั้งนี้พี่น้องทั้งสี่คนของเธอล้วนเข้าวงการบันเทิงในฐานะนักร้องและมือกีตาร์ของวง เมโทรสเตชัน (Metro Station) โนอาห์เป็นนักแสดงหญิง ไบรสันเป็นนายแบบ และแบรนดีเป็นนักข่าว[21][22][23] ทั้งนี้ไมลีย์มีดอลลี พาร์ตันเป็นแม่ทูนหัว[24]