Xuất thân trong gia đình trí thức quan lại, có bác ruột là nhà chí sĩ yêu nước Dương Nghĩa Thục và nhà nghiên cứu văn học Dương Quảng Hàm, tuy nhiên ngay từ nhỏ chàng trai Dương Bích Liên đã ham thích hội họa và thể hiện những năng khiếu đặc biệt về bộ môn này. Năm 1941, ông đỗ Trường Cao đẳng Mỹ thuật Đông Dương và bắt đầu say sưa khám phá thế giới hội hoạ.