ينتمي إلى أسرة آل عون الهاشمية، وولد في مدينة الطائف، وترعرع عند قبيلة عتيبة في بادية الحجاز وتربى مع إخوته بكنف أبيه الحسين بن علي الهاشمي وفي رحاب البادية درس الأمير فيصل الابتدائية مع أخويه الأمير علي بن الحسين ملك الحجاز فيما بعد والأمير عبد الله بن الحسين ملك الأردن فيما بعد، حيث تعلموا اللغة التركية قراءة وكتابة. وقد نشأ مع البدو في حياة الصحراء والتقشف وقسوة المعيشة، وتعلم الفروسية والمبارزة بالسيف والبندقية.
في عام 1896 سافر مع والده الشريف الحسين بن علي إلى الأستانة عاصمة الدولة العثمانية بدعوة من السلطان العثماني عبد الحميد الثاني، لكي يكون قريبا منه وتحت مراقبته، واختير عمه شريفاً لمكة رغم أنه يفترض أن يتبوأ هو هذا المنصب. أقام الجميع في قصر العدالة إقامة جبرية وجرى انتداب مدرس خصوصي لتعليمه اللغة التركية مع أخوته الثلاثة أنجال الشريف الحسين بن علي، وتعلم فيصل في الأستانة اللغات التركية والإنجليزية والفرنسية والتاريخ، وعلمه والده القرآن . فأتقنَ اللغتين التركية والإنجليزية وشيئاً من اللغة الفرنسية وتزوج هناك من حزيمة ابنة عمه ناصر.
عاد إلى مكة المكرمة وبقية أسرته في عام 1909 إثر تنصيب والده شريفا على مكة، وتحديداً بعد مجيء جمعية الاتحاد والترقي وخلع السلطان عبد الحميد الثاني، عينه والده قائداً للسرايا العربية التي تقوم بقمع القبائل العربية المتمردة على السلطة العثمانية، وانتخب الأمير فيصل في مجلس المبعوثان البرلمانِ العثمانيِّ ممثلاً لمدينة جدة، فعاد إلى الأستانة واكتسب أثناء إقامته هناك خبرة سياسية ومعرفة شاملة بالسياسة التركية ورجالها.