Дейвис родилась на 22, Честер-Стрит, в лоуэллском районе Хайландз у Харлоу Моррелла Дейвиса (1885—1938), студента юридического факультета из Огасты, штат Мэн, и Рут Огасты Фавор (1885—1961) из Тингзборо, штат Массачусетс. У неё была младшая сестра Барбара Харриет, которая родилась 25 октября 1909 года на 55, Уорд-Стрит, в Сомервилле в Массачусетсе, где их отец был тогда патентным поверенным. Имя «Бетт», которое Дейвис в будущем взяла в качестве псевдонима, было её детским прозвищем, но писалось оно как «Betty».

В 1915 году родители развелись, и сёстры Дейвис оказались в Лэнесборо в закрытой школе «Крэсталбан» с очень строгими порядками. В 1921 году сёстры с матерью переехали в Нью-Йорк, где Рут стала работать фотографом-портретистом. В этот же период Дейвис, под впечатлением от романа Оноре де Бальзака «Кузина Бетта», поменяла правописание своего прозвища на «Bette».

Позже Дейвис училась в Академии Кушинга и в интернате в Эшбернхеме, где встретила своего будущего мужа Хармона Нельсона.