NSND Phạm Thị Thành sinh năm 1941 trong một gia đình “trâm anh thế phiệt”. Cha bà – cụ Phạm Khắc Hòe, quê Đức Thọ (Hà Tĩnh), là một trí thức nổi tiếng, từng soạn thảo chiếu thoái vị cho vua Bảo Đại năm 1945 và được Chủ tịch Hồ Chí Minh tin cậy. Mẹ bà là người xứ Huế, em ruột nhà thơ Ưng Bình Thúc Dạ Thị, cháu của Miên Thẩm và chắt nội vua Minh Mạng.

Từ nhỏ, Phạm Thị Thành đã được nuôi dưỡng trong không khí văn hóa nghệ thuật. Bà thừa hưởng tình yêu văn chương từ cha và giọng hát ngọt ngào xứ Huế từ mẹ.

Năm 14 tuổi, dưới sự khuyến khích của các nhạc sĩ Lưu Hữu Phước, Nguyễn Xuân Khoát, Đặng Đình Hưng, bà gia nhập đoàn Văn công Trung ương. Từ đó, cuộc đời gắn liền với nghệ thuật.