Luigi Bonavoglia nacque a Brindisi il 10 settembre 1919 nella casa di famiglia della madre Erminia Tatulli in via Filomeno Consiglio; il padre era Francescopaolo (da tutti chiamato Paolo) Bonavoglia professore di Chimica agraria e molto presto preside negli istituti agrari, prima dell'istituto tecnico agrario di Cosenza, poi dal 1921 dell'analogo istituto di Macerata e dal 1925 di quello di Cesena in Romagna.
Il preside di un istituto agrario abitava di norma in un appartamento annesso all'istituto stesso e alla tenuta agricola e così i primi anni di Luigi Bonavoglia trascorsero in questo ambiente al tempo stesso scolastico e agricolo.
Una leggenda di famiglia è quella che già a tre anni d'età fosse capace di riparazioni elettriche: mentre suo padre stava mettendo mano a una presa elettrica, gli avrebbe suggerito di collegare un certo filo con un altro, suggerimento rivelatosi efficace. Sin dai primi anni insomma appariva predestinato alla professione di ingegnere.
Nel 1932 il preside Paolo Bonavoglia ottenne il definitivo trasferimento all'istituto tecnico agrario "Giuseppe Garibaldi" di Roma, sulla via Ardeatina; vi resterà infatti fino alla pensione nel 1957. La famiglia si trasferì a Roma in un appartamento di viale Giulio Cesare, e qualche anno dopo in via Catone, sempre nel quartiere Prati.
A Roma Luigi Bonavoglia frequentò il liceo classico "Terenzo Mamiani" in viale delle Milizie. Pur essendo avanti di un anno, ottenne sempre risultati molto brillanti in tutte le materie e arrivato alla fine della seconda liceo decise di sostenere l'esame di maturità con un anno di anticipo; ottiene così la maturità nel 1936, a diciasette anni non ancora compiuti.
Il 1936 fu anche un anno tragico per la morte della madre Erminia Tatulli, avvenuta il 3 marzo a meno di 42 anni di età per una broncopolmonite, pochi anni prima che venissero scoperti gli antibiotici.
Si iscrisse alla facoltà di Ingegneria dell'Università di Roma, a S.Pietro in Vincoli. Tra i suoi insegnanti ci fu anche Tullio Levi Civita; si laureò in ingegneria elettrotecnica il 21 giugno 1941, quando non aveva ancora compiuto i 22 anni di età.
