Dylan O'Brien est né à New York, de Lisa Rhodes, une ancienne actrice qui dirigeait également une école d'art dramatique, et de Patrick B. O'Brien, un opérateur de caméra. Son père est d'origine irlandaise et sa mère est d'ascendance anglaise, espagnole et italienne. Dylan a grandi à Springfield Township, dans le comté d'Union, dans le New Jersey, avant de déménager avec sa famille à Hermosa Beach...