محمد بن محمد بن حسن، معروف به خواجه نصیرالدین طوسی، در سحرگاه یازدهم جمادیالاول سال ۵۹۷ قمری، همگاه با طلوع آفتاب، در شهر طوس دیده به جهان گشود. پدرش با تفأل به قرآن کریم، این نوزاد را که سومین فرزند او بود، «محمد» نام نهاد. بعدها کنیهٔ «ابوجعفر» برگزید و به القابی چون «نصرالدین»، «محقق طوسی»، «استاد البشر» و «خواجه» شهرت یافت.
پدر وی، شیخ وجیهالدین، از علمای شهر قم بود که به همراه خانواده به قصد زیارت امام رضا (علیهالسلام) راهی مشهد شد. در بازگشت به وطن، به سبب بیماری همسرش در یکی از محلههای شهر طوس اقامت گزید و بدینسان خواجه نصیر در آن دیار متولد شد. دوران کودکی و نوجوانی او در طوس سپری گشت. در این ایام، خواندن و نوشتن، قرائت قرآن، قواعد زبان عربی و فارسی، معانی و بیان و حدیث را نزد پدر فراگرفت و مادرش نیز او را در خواندن قرآن و متون فارسی یاری میداد. سپس به توصیهٔ پدر، نزد داییاش «نورالدین علی بن محمد شیعی» که از دانشمندان نامدار در ریاضیات، حکمت و منطق بود، به آموختن این علوم پرداخت.
عطش علمی محمد با آموزشهای دایی فروکش نکرد و ازاینرو، با راهنمایی پدر، نزد «کمالالدین محمد حاسب»، از دانشوران برجستهٔ ریاضیات، به تحصیل ادامه داد. اما چند ماهی نگذشته بود که استاد قصد سفر کرد و به پدر او گفت: «من آنچه میدانستم به او آموختم و اکنون پرسشهایی مطرح میکند که گاه پاسخش را نمیدانم.» پس از مدتی، داییِ پدرش «نصیرالدین عبدالله بن حمزه» که در علوم رجال، درایه و حدیث تبحر داشت، به طوس آمد و محمدِ دانشطلب، در محضر او نیز کسب علم کرد. گرچه مطالب تازهای نیاموخت، اما هوش و استعداد سرشارش شگفتی استاد را برانگیخت؛ چنانکه او را به مهاجرت به نیشابور برای بهرهگیری بیشتر علمی تشویق کرد. خواجه نصیر در طوس و به دست همین استاد، لباس مقدس عالمان دین را پوشید و از آن پس به لقب «نصیرالدین» از سوی او مفتخر گشت.