Billie Eilish nació en Los Ángeles (Estados Unidos) y se crió en el barrio de Highland Park, en el seno de una familia de artistas. Sus padres son la actriz Maggie Baird y el músico y guionista Patrick O'Connell. Tiene un hermano mayor, Finneas O'Connell, que también es compositor y actor de reparto. El primer éxito en la trayectoria de Eilish fue el sencillo «Ocean Eyes», grabado en octubre de 2015. El tema surgió a petición de uno de sus profesores de baile, quien le había pedido hacer una coreografía con música original. Finneas O'Connell le prestó una canción que inicialmente había compuesto para su banda, pero propuso a Billie que ella misma la interpretara.La autora compone sus propias canciones junto con su hermano Finneas, quien es además su productor y le ha acompañado en los conciertos. En ocasiones los temas surgen de historias ficticias, pero otras veces están inspirados en sus propias experiencias: «Muchas veces pasamos por los mismos problemas, así que [los temas] son una mezcla entre lo que él está pasando y yo estoy pasando: la mitad son ficción y la otra mitad no». Sobre la composición de las letras, Eilish ha declarado que ambos «intentamos escribir lo que cada uno piensa, pero no se atreve a decir.»
Billie Eilish nació en Los Ángeles (Estados Unidos) y se crió en el barrio de Highland Park, en el seno de una familia de artistas. Sus padres son la actriz Maggie Baird y el músico y guionista Patrick O'Connell. Tiene un hermano mayor, Finneas O'Connell, que también es compositor y actor de reparto. Posee ascendencia irlandesa y escocesa. Cuando era pequeña fue diagnosticada con síndrome de Tourette, algo que siempre ha tratado de controlar.
Durante su infancia recibió educación en el hogar y a los ocho años se unió al Coro Infantil de Los Ángeles, donde aprendió canto y técnica musical. Al mismo tiempo empezó a tocar el piano y el ukelele, y daba clases de baile con profesores privados. Al cumplir los once años ya componía y cantaba sus propias canciones, siguiendo los pasos de su hermano mayor.