忽必烈是託雷和他的正妻唆魯禾帖尼所生的第四個兒子。託雷是成吉思汗鐵木真的第四個兒子，在他死後成為大蒙古國的攝政監國。
忽必烈父母畫像
託雷是成吉思汗兒子裏最有軍事才能的一個，跟隨他南征北戰立下不汗馬功勞。在成吉思汗死後，託雷也繼承了80%的蒙古軍隊，幾乎掌握了大蒙古國的兵權。不過因為沒有繼承汗位，託雷之後仍然像一個將領一樣帶兵打仗，最後也是在打敗金國回來的路上病逝。也有記載説，是因為當時的大汗窩闊台生病，託雷用自己代替他，喝下了巫師給的聖水，沒幾天大汗痊癒而託雷就死了。
忽必烈的母親是成吉思汗許配給的託雷。據説她治家有方，在託雷死後很好地管理着家族，拉攏其他勢力，此外和窩闊台的關係也處理得很好，兩人時常商量國家大事。也正是因為她的深謀遠慮，最後才能夠由自己的孩子繼承汗位。
窩闊台死後，他的皇后稱制，她想立長子貴由繼位。為了爭位，蒙古各大勢力產生了矛盾，國家處於發生內亂的邊緣。此時是唆魯禾帖尼帶着兒子們參加選汗大會，擁立了貴由，才緩和了矛盾穩定了局勢。短短兩年，大汗病逝。因為唆魯禾帖尼已經拉攏了多方勢力，聲望極高，所以這次當上可汗的是託雷與她的長子蒙哥。
蒙哥死後，忽必烈繼承了汗位，後來建立元朝。之後，忽必烈為父母追尊諡號，一個“景襄皇帝”，一個“莊聖皇后”。
忽必烈的母親
忽必烈的母親叫克烈·唆魯禾帖尼，是他父親託雷的正妻。她共生下四個兒子，老大蒙哥、老二忽必烈都做過大蒙古國的大汗，老三建立了一個汗國，老四也被蒙古本土推舉即位過，所以她的兒子都曾經做過帝王，所以她被史學家尊陳為“四帝之母”。
忽必烈的母親
唆魯禾帖尼也是蒙古族，她的姓氏“克烈”是當時蒙古高原一個強大部落的名字。她就是克烈部首領王罕的侄女。要説她的故事，就得從王罕説起。他和成吉思汗的父親是安達關係，也就是結拜兄弟，後來收成吉思汗為義子，幫過他對抗過其他種族部落。成吉思汗的蒙古部實力不斷增強，最後滅掉了克烈部，把唆魯禾帖尼嫁給了四子託雷。
嫁給託雷後，唆魯禾帖尼一直治家有方，養育子女也很有一套。尤其是在託雷去世以後，家族就一直由她掌管。她除了管理自己家族內部的事務，還需要處理家族與其他勢力的關係。唆魯禾帖尼一方面與當上大汗的窩闊台一方緩和關係，一方面拉攏其他勢力。因為她的深謀遠慮和管理有方，所以託雷家族在蒙古的實力和聲望不斷上漲。
窩闊台死後，他的皇后想立長子貴由繼位，但幾個勢力不滿想要爭位因而產生了矛盾。此時，就是唆魯禾帖尼站出來帶着兒子支持貴由，才穩定了局勢。貴由只兩年就去世了，而當時聲望和勢力最強的就是託雷家族，所以在母親的支持下，長子蒙哥繼位。
蒙哥去世後，忽必烈當上大汗，之後建立元朝，給母親追尊諡號為莊聖皇后。
忽必烈出生地
忽必烈是元朝的建立者，但因為是遊牧民族的蒙古人，所以有關他的出生和童年等早期生活的文獻資料很少，對於他的出生地，現在一般就廣義地認為是漠北草原。所謂漠北草原，就是沙漠以北的蒙古草原。
忽必烈劇照
漠北草原的“漠”，就是蒙古高原上的大沙漠，指現在中國阿拉善的沙漠和隔壁。這一片沙漠把蒙古草原分成了漠北草原和漠南草原，按照現在的説法，差不多就是蒙古國草原和內蒙古草原，所以漠北草原現在基本上都是在蒙古國的領土。
在歷史上，漠北草原長期都是北方遊牧民族生活的勢力範圍。在中國歷史中，先後主要有漢朝時期的匈奴、唐朝時期突厥和之後的蒙古族居住在漠北。而這些漠北的遊牧民族，無一例外，都喜歡向南侵略和掠奪，一般以騷擾為主，有時也會大舉入侵。中原漢族依靠長城等方式抵擋入侵，但因為漠北是他們的老家和大後方，一般很少可以反擊到那裏，所以這些遊牧民族即使被打敗一般也可以回去休養生息。
忽必烈是成吉思汗的孫子，雖然成吉思汗出生的具體地方在史書上有差異，目前也一直存在爭議。因為成吉思汗所在的乞顏部落世代居住在斡難河和不兒罕山地區，這裏也就是漠北草原的一部分，而成吉思汗設立的大斡耳朵也就是後來蒙古帝國的首都也離這很近。因此，忽必烈也出生在斡難河的可能性比較大。
忽必烈畫像
元世祖忽必烈有一副傳世的畫像，現在一直收藏在台北故宮的南燻殿，同時收藏的還有忽必烈的皇后察必的畫像，但兩幅畫都沒有作者字款，現在被確定為是出自元朝的畫家劉貫道，他還有一副《忽必烈出獵圖》。
忽必烈畫像
這幅忽必烈畫像，被認為是中國古代肖像畫史上的傳神寫實典範，對他的體態、面部、服飾都畫得十分精細，連忽必烈的眉毛和鬍鬚都可以説是根根分明。在畫像上，忽必烈明顯發福比較顯胖，兩側留着髮辮，頭戴一頂皮製的暖帽，身上穿着的卻是白色的衣袍。
從忽必烈發胖的體型可知，作者作畫的時間大概是忽必烈登基十幾年以後。因為忽必烈之前南征北戰，按馬可·波羅的描述是“中等身材，筋肉四肢”。繼位後享受奢華生活，加上忽必烈晚年的酗酒暴飲暴食，所以發福變胖十分正常。
忽必烈的髮辮、暖帽，都可以説是保留了蒙古族的一些傳統。但是身穿的白色衣袍就明顯更像是漢族人的服飾。由此可見，忽必烈對漢族文化的喜愛，不僅自己學習和接受漢文化，建立的元朝也沿用漢族王朝的制度。
據説，當時畫家劉貫道不僅在宮裏任職，而且當的是御衣局使，也就是宮廷的服裝設計師。因此，忽必烈的這身打扮和服裝説不定就是由他所設計。不過相比忽必烈，察必皇后畫像裏的穿着就明顯個性許多，服裝和首飾都非常精美。
忽必烈的弟弟
忽必烈是託雷與正妻所生的第二個兒子，下面還有兩個親弟弟。據説，託雷總共生了11個兒子，忽必烈是第四個，但11個兒子中只有與正妻所生的四個比較有出息，其他七個沒有相關的史料記載。
忽必烈的弟弟旭烈兀
旭烈兀是忽必烈第一個同胞弟弟。他很好地繼承了祖父成吉思汗和父親託雷的軍事才能，18歲就橫貫東歐大草原，一路率領蒙古軍隊攻打到了現在的匈牙利，而且打敗歐洲軍隊。等到窩闊台的長子貴由在位兩年就去世，旭烈兀積極地擁戴長兄蒙哥，助他在選汗大會上奪得了大汗的寶座，之後又幫助蒙哥鞏固統治，打擊窩闊台勢力。旭烈兀被任命為大蒙古國徵西大軍的統帥，1253年離開蒙古出西亞波斯，先後攻佔了巴格達、敍利亞等地。在忽必烈與弟弟爭奪汗位時，旭烈兀就是支持忽必烈。之後，他接受了元朝忽必烈的冊封，建立了伊爾汗國，此後一直在波斯鞏固那裏的統治。
阿里不哥就是和忽必烈爭奪汗位的那個弟弟，是他最小的同胞弟弟。小時候，他就不支持甚至反對忽必烈接受漢化的政策。在長兄蒙哥去世後，就與忽必烈開始爭奪大汗之位。忽必烈在中原登基，而阿里不哥也在蒙古本土被當地貴族擁立為大汗。之後，兩人展開了激烈的內亂。四年後，阿里不哥被忽必烈打敗投降，又兩年在軟禁中去世，也有説法稱他是被忽必烈毒殺。
忽必烈的兒子
忽必烈妻子眾多，因此子嗣也不少，據記載他兒子有十個之多（也有12個的説法），名字分別是朵兒只、真金、忙哥剌、那木罕、忽哥赤、愛牙赤、奧都赤、闊闊出、脱歡和忽都魯帖木兒，基本上成就一般，其中最後一個是忽必烈的庶子。
忽必烈的兒子真金
長子朵兒只因為早逝所以史書資料很少。次子真金是忽必烈與察必皇后所生，是嫡長子。他從小被父親要求學習漢族儒學，在忽必烈繼位的第二年被封為燕王。之後因為，忽必烈把蒙古大會選舉大汗的傳統改成了漢族的嫡長子繼承製度，所以真金在1273年被封為了皇太子。之後，他到藏區負責了幾年外交事務並且學習佛學，回京後參與朝政，支持漢文化，與敵對勢力爭。
1285年，一封讓忽必烈禪位的奏章在當時朝廷引發了軒然大波，忽必烈大怒，而真金作為太子嫌疑最大，所以他受到了驚嚇，後來因此生病而死，只有四十三歲，諡號明孝太子。不過他的三子鐵穆耳繼承了他的太子之位，後來成為元朝的第二位皇帝。因此真金也被兒子尊為了皇帝，廟號裕宗，諡號文惠明孝皇帝。
忽必烈之後幾個兒子，大多被他封王，負責鎮守各地。比如四子那木罕，他是真金的同母弟弟，被冊封為北平王，鎮守北方，曾經討伐過叛亂的察合台汗國，後來進封為北安王，1292年去世，沒有留下子嗣，幾年後被追尊諡號為歸定王。