Selma Lagerlöf nasceu na paróquia de Östra Ämtervik, província de Värmland, oeste da Suécia, numa propriedade chamada Mårbacka, que seus pais administravam. A região em que estava situada a fazenda era repleta de mitos, lendas e histórias de fantasmas.
Seu pai, o tenente Erik Gustaf Lagerlöf, era um homem alegre, original e divertido, e sua mãe, Luísa Wallroth, filha de um rico industrial da região.
Selma nasceu com um defeito articular na perna esquerda e, aos três anos de idade, viu-se subitamente impedida de andar, com as pernas inertes, passando a infância sem brincar muito, a ouvir as histórias e lendas contadas por sua babá, Kaysa. Em determinado verão, viajou com a família para uma estação de águas, em Strömstad, onde conheceu a esposa do capitão do navio Jacob. Ao ser convidada a conhecer o navio, Selma viu uma ave-do-paraíso e, em sua inocência infantil, achou-a capaz de fazer milagres, fato que a fez, repentinamente, voltar a andar, apesar de continuar claudicando, por causa das dores que sentia na perna esquerda.
Aos 15 anos, depois de ter dedicado toda a infância à leitura, Selma decidiu que seria escritora e passou a escrever milhares de versos. Por volta de 1880, a situação financeira da família entrou em declínio, e começou a fazer pequenos trabalhos para se manter. Em 1882, com a ajuda financeira de um empréstimo feito por seu irmão Johan, Selma entrou para a Kungliga
höga lärarinneseminariet, escola que formava professoras e que se preocupava com a causa feminista, incentivando a independência e o progresso social da mulher.
Aos 27 anos, concluídos os estudos, foi nomeada professora de História em Landskrona, cidade à margem do Öresund. Em certa ocasião cortou os cabelos que sempre usara em tranças, num gesto que na época era escandaloso e visto como sinal de emancipação feminina.