Nasceu numa fazenda de café, Santa Rosa, no interior de São Paulo, filho dos imigrantes italianos Giovan Battista Portinari e Domenica Torquato, que tiveram doze filhos, sendo ele o segundo. De família humilde, cursou apenas o primário, porém desde criança manifestou sua vocação artística. Aos seis anos de idade, Portinari começa a desenhar e aos nove participou durante vários meses dos trabalhos de restauração da igreja de Brodowski, ajudando os pintores italianos. Aos nove anos, desenhou o retrato de Carlos Gomes, como via numa caixa de cigarros.

Em 1918 Portinari, também chamado carinhosamente de "Candinho" pela família, viajou para o Rio de Janeiro, para ingressar no Liceu de Artes e Ofícios de São Paulo. Matricula-se na Escola Nacional de Belas Artes, na qual estudou desenho e pintura, tendo como professores Rodolfo Amoedo, Batista da Costa, Lucílio de Albuquerque e Carlos Chambelland. Em 1922, Portinari executou um retrato para o Salão de Belas Artes, e ganhou medalha de bronze pelo seu trabalho.