Pau Casals i Defilló est né le 29 décembre 1876 à El Vendrell. Les premières années de sa vie ont été marquées par sa famille, surtout par sa mère, qui lui transmit sa force et son esprit. Son père, Carles Casals Riba (1852-1908), est né dans le quartier de Sants à Barcelone et étudia le piano et l'orgue. Il s'installa à El Vendrell à l'âge de 18 ans, où il devint organiste et chef de chœur de l'église.
Sa mère, Pilar Defilló Amiguet (1853-1931), est née à Mayagüez, à Puerto Rico, où sa famille avait émigré. Elle partit vivre en Catalogne aux alentours de 1870 avec sa mère, et elles s'installèrent à El Vendrell. Elle devint l'élève de Carles Casals et se maria avec lui en 1874. Le couple eut onze enfants, parmi lesquels seulement trois survécurent : Pau, le deuxième, et les deux derniers, Lluís et Enric.
Son père lui fit partager sa passion pour la musique tout en lui apprenant à jouer du piano et du violon. À 5 ans, il fit sa première représentation dans la chorale de l'église, et à 9 ans, c'était l'organiste de la ville. La première fois que Pau Casals vit et entendit le son d'un violoncelle, il avait onze ans. Depuis lors, le violoncelle fit partie de sa vie à part entière, et devint même son « ami le plus fidèle ».