مؤسسه تئاتر و فیلم لی استراسبرگ، جایی که جوهانسون بازیگری را از کودکی آموخت
اسکارلت اینگرید جوهانسون در ۲۲ نوامبر ۱۹۸۴ در بخش منهتن شهر نیویورک به دنیا آمد. پدر او یک معمار دانمارکی به نام کارستن جوهانسون بود که از شهر کپنهاگ دانمارک به آمریکا رفته بود. پدربزرگ پدریش نیز اینر جوهانسن یک تاریخ‌نگار، فیلم‌نامه‌نویس و کارگردان بود که پدرش اصالتی سوئدی داشت. مادرش، ملانی اسلون اهل نیویورک است که به عنوان یک تهیه‌کننده کار کرده‌است. او از یک خانواده یهودی اشکنازی از لهستان و روسیه است و در اصل با نام خانوادگی شلمبرگ نامیده می‌شود و جوهانسون خود را یهودی توصیف کرده‌است. او یک خواهر بزرگتر به نام ونسا که نیز بازیگر است، یک برادر بزرگتر به نام آدریان و یک برادر دوقلو به نام هانتر دارد. جوهانسون همچنین از ازدواج اول پدرش یک برادر ناتنی بزرگتر به نام کریستین دارد. جوهانسون تابعیت دوگانه آمریکایی و دانمارکی دارد. او در برنامهٔ یافتن ریشه‌های شما از پی‌بی‌اس گفت که خانواده پدربزرگ مادری وی در جریان هولوکاست در گتوی ورشو درگذشتند.
جوهانسون در مدرسه ابتدایی PS 41 در دهکده گرینیچ، منهتن تحصیل کرد.در ۱۳ سالگی پدر و مادرش طلاق گرفتند. جوهانسون خصوصاً به مادربزرگ مادری خود، دوروتی اسلون، دفتردار و معلم مدرسه نزدیک بود. آنها اغلب اوقات را با هم می‌گذراندند و جوهانسون اسلون را بهترین دوست خود می‌دانست. او از همان کودکی به شغلی که در کانون توجه باشد علاقه‌مند بود و اغلب برای خانواده خود برنامه‌های آواز و رقص می‌گذاشت. او به خصوص به تئاتر موسیقی و جاز هندس علاقه داشت. او دروس آموزش رقص تپ دنس را گذراند و اظهار داشت که والدینش از انتخاب شغل او حمایت می‌کنند. او دوران کودکی خود را بسیار معمولی توصیف می‌کند.
از زمان کودکی، جوهانسون با خیره‌شدن در آینه بازیگری را تمرین می‌کرد تا زمانی که خود را به گریه می‌انداخت و می‌خواست جودی گارلند در مرا در سنت لوئیس ملاقات کن باشد. در هفت سالگی، هنگامی یک مأمور استعدادیابی به جای او با یکی از برادرانش قرارداد بازیگری بست، او از نظر روحی شوکه و غمگین شد، اما بعداً تصمیم گرفت که به هر حال بازیگر شود. او در مؤسسه تئاتر و فیلم لی استراسبرگ ثبت نام کرد و شروع به تست‌دادن برای نمایش‌های آگهی‌های بازرگانی کرد، اما کمی بعد علاقه‌اش را به این کار از دست داد، او گفت: «من نمی‌خواستم واندر برد را تبلیغ کنم.» او تمرکزش را بر فیلم و تئاتر تغییر داد و نخستین حضور خود در صحنه در نمایش آف برادوی سفسطه با ایثن هاک بود که در آن دو خط اجرا داشت. در همین زمان، او شروع به تحصیل در مدرسه کودکان حرفه‌ای (PCS)—یک مؤسسه آموزشی خصوصی برای بازیگران کودک مشتاق در منهتن—کرد.