金正日同志在1942年2月16日誕生在位於兩江道三池淵郡的白頭山密營。
他出身於世代愛國的革命家庭，父親金日成同志，是為朝鮮革命和世界革命建樹了豐功偉績的思想理論家和政治家和軍事戰略家。
母親金正淑同志，是在同志金日成同志的領導下，為祖國的光復、人民的自由與幸福獻出了一生的共產主義革命戰士。
祖父金亨稷，是反日民族解放運動的領導者，是推動朝鮮的民族主義運動轉向共產主義運動的先驅。
祖母康盤石、叔祖金亨權、叔父金哲柱和舅父金基俊、金基松，也都是為光復祖國奉獻了一生的革命戰士。

自1950年9月至1960年8月，金正日同志學完普通教育課程。
他在小學時期，倡議並組織班裡的少年團員建立了“金日成將軍傳略研究小組”。這個研究小組的目的，是學習金日成同志的革命歷史，深入認識金日成同志的英明偉大，把自己造就成為朝鮮革命的棟梁。
1953年7月，朝鮮人民的祖國解放戰爭取得了勝利。戰後，金正日同志從平壤第四小學畢業，升入平壤第一中學，努力學習多方面的知識。
1957年9月1日，金正日同志升入平壤第一中學高級班(後來改稱平壤高山高級中學)。在校期間，他經常和同學們一起到工廠、農村去，並在學校實習室里參加修理汽車、電動機等勞動，還學習駕駛汽車，努力掌握這方面的技術。
金正日同志在學生時代就積極參加民主青年同盟的工作。
1957年2月，他當選為民主青年同盟學校基層組織的委員長，1957年9月又當選為民主青年同盟學校委員會副委員長(委員長由教師擔任)。
1960年8月，金正日同志從高中畢業。
1960年9月1日，金正日同志考入金日成綜合大學經濟第政治經濟學專業。
大學時代，他不僅掌握了專修課政治經濟學的理論，還掌握了哲學、軍事學等各個領域的多方面知識。大學時代，他一面探求科學，一面開展各種活動。
金正日同志在平壤紡織機械廠實習期間，親自操作26號機床。
1961年7月22，金正日同志加入了朝鮮勞動黨。
大學時代，金正日同志發表了《重新查考三國統一問題》、《關於現代修正主義的產生》、《關於思想意識的決定性作用》（1962年12月）、《工人階級的領袖並不是個人》、《工人階級的領袖在革命鬥爭中起決定性作用》、《我們黨關於發展地方經濟方針的正確性》、《大安工作體系是獨創的社會主義經濟管理體系》等一系列理論著作。
1962年1月，他發表了以《現代帝國主義的特點和侵略本性》為題的學科論文。
1964年3月18日，金正日同志發表了大學畢業論文《郡在社會主義建設中的地位和作用》。

金正日同志從1964年6月19日起在黨中央委員會工作。
自1965年春到1967年夏，他視察人民軍航空部隊、東海岸和西海岸海軍部隊以及許多炮兵分隊，指導他們紮實地進行戰鬥訓練。
他非常關心改善人民軍的武器裝備，指示軍需工業部門大力生產適合朝鮮實際和朝鮮人體質的有威力的現代化武器。
1967年6月末和7月初，他多次接見黨中央委員會宣傳鼓動部和文學藝術部門的負責幹部，就作家、藝術工作者和新聞出版工作者切實樹立黨的唯一思想體系問題作了教導。1967年7月17日~8月12日，他到咸鏡南道進行現場指導，通過召開黨內思想鬥爭會，批判修正主義、地方主義和家庭主義，把在思想鬥爭中激發起來的革命熱情，有力地引導到經濟建設中去，掀起新的生產高潮。
1967年7月，他通過同人民軍某部幹部的談話和後來對人民軍各部隊的多次現場指導，了解到竊據軍隊要職的軍閥官僚主義者以“軍隊特殊”為由，拒絕黨對軍隊的領導，歪曲黨的軍事路線，濫用軍權壓制軍內黨組織和政治機關，而且企圖糾集阿諛奉承分子來奠定其軍閥官僚主義基礎，甚至還攝製宣傳自己的電影，妄圖抬高自己。