Γεννήθηκε στις 8 Φεβρουαρίου του 1404 στην Κωνσταντινούπολη και ήταν το όγδοο από τα δέκα παιδιά του Μανουήλ Β΄ Παλαιολόγου και της Ελένης Δραγάση, κόρης του Σέρβου ηγεμόνα Κονσταντίν Ντράγκας Ντεγιάνοβιτς. Αγαπούσε πολύ τη μητέρα του και για αυτό πρόσθεσε το επώνυμό της (Δραγάση) δίπλα στο δικό του, όταν ανέβηκε στον αυτοκρατορικό θρόνο. Ήταν ο νεότερος αδελφός του Ιωάννη Η΄ Παλαιολόγου Αυτοκράτορα των Ρωμαίων και του Θεόδωρου Β´ Παλαιολόγου, δεσπότη του Μυστρά. Συχνά αναφέρεται ως πορφυρογέννητος· ελάχιστα είναι γνωστά για την παιδική του ηλικία. Πέρασε το μεγαλύτερο μέρος της νεότητάς του στην Κωνσταντινούπολη υπό την επίβλεψη των γονιών του. Σύμφωνα με μαρτυρία του Ciriako Pizzicoli, ο Κωνσταντίνος Παλαιολόγος (την χρονιά της στέψης του το 1449) ήταν ωραίος, ψηλός, αθλητικός, με στρογγυλό καστανό γενάκι και γκρίζα μαλλιά, γεμάτος ευγένεια και καλοσύνη (Χρήστος Ζαλοκώστας, "Κωνσταντίνος Παλαιολόγος", 1965). Σε νεαρή ηλικία εκπαιδεύτηκε στο κυνήγι, την ιππασία και την πολεμική τέχνη. Τον Νοέμβριο του 1423 ο αδελφός του Ιωάννης Η´ ταξίδεψε στη Βενετία και την Ουγγαρία για αναζήτηση βοήθειας και όρισε τον Κωνσταντίνο ως αντιβασιλέα στην Κωνσταντινούπολη· έτσι ο Κωνσταντίνος είχε την πρώτη του επαφή με θέση εξουσίας. Του δόθηκε επίσης ο τίτλος του δεσπότη και του παραχωρήθηκε μία περιοχή που εκτεινόταν κατά μήκος των δυτικών ακτών της Μαύρης Θάλασσας (Εύξεινος Πόντος), από την πόλη Μεσημβρία στον βορρά μέχρι τον Δέρκο στο νότο.