Katy Perry nació con el nombre de Katheryn Elizabeth Hudson, en la ciudad de Santa Barbara, California. Es la segunda hija de dos pastores evangélicos; tiene una hermana mayor y un hermano menor. Su madre Mary Hudson ,que es evangélica (nacida como Mary Perry) creció en el sur de California, y tuvo un "primer matrimonio tormentoso en Zimbabwe". El padre de Perry, Keith Hudson, era actor en la Costa Oeste de los años 1960. Perry es la sobrina materna de Eleanor Perry, que fue una guionista, y de Frank Perry, que fue director de cine, productor cinematográfico y también guionista. El apellido de Perry es de origen portugués y alemán; siendo la ascendencia familiar por parte de la madre.
Perry se integró al ministerio de sus padres; cantando en la iglesia a la edad de 9 hasta los 17 años. Ella creció escuchando solo la música evangélica y no se le permitió escuchar lo que su madre lo llamaba la música profana. Perry asistió a escuelas cristianas y campamentos, cuando era niña, Perry aprendió a bailar en un edificio de recreación en Santa Bárbara, aprendió a bailar mediante varios bailarines y comenzó a bailar con Swing, Lindy Hop y Jitterbug. Después de obtener su certificado como estudiante en su primer año en la escuela secundaria, decidió abandonar la escuela, para comenzar una carrera musical. Perry inicialmente comenzó a cantar: "Porque yo estaba en ese momento de mi infancia en que yo estaba copiando a mi hermana y todo lo que hacía". Su hermana practicaba con cintas de casete, y Perry tomaba esas mismas cintas cuando su hermana no estaba. Ensayaba las canciones con sus padres, que le sugirieron, que debería tomar lecciones de canto, ella aprovechó la oportunidad y comenzó a tomar clases desde la edad de nueve hasta los 16. Se inscribió en la Academia de Música del Oeste en Santa Barbara y estudió ópera italiana por un corto tiempo.
