При рождении мальчик был по традиции наряду со светским именем Зигмунд наречен еврейским именем Шломо (Соломон). В семье его долгое время звали Сигизмундом или сокращенно — Сиги, однако это имя ему не нравилось, и в 1878 г. он остановил свой выбор на имени Зигмунд, под которым и получил впоследствии известность.
В письме от 25 октября 1931 г. мэру Пршибора, где Фрейд благодарил за открытие мемориальной доски на его родном доме, он вспоминал о годах своего раннего детства: «Глубоко во мне все еще живет счастливый ребенок из Фрейберга, первенец молодой матери, получивший свои первые неизгладимые впечатления от земли и воздуха тех мест».
Согласно еврейскому обычаю, на восьмой день после рождения мальчика подвергли обрезанию. В первых строках своей автобиографии Фрейд подчеркивает: «Мои родители были евреями, и я сам всегда оставался евреем». Впоследствии, находясь на стажировке во Франции, ему пришлось столкнуться с германофобией в связи с его немецким акцентом. В качестве оправдания Фрейд публично провозгласил: «Я не немец, я — еврей».
Однако семья Фрейда не придерживалась ортодоксальных иудаистских традиций. Еще до рождения сына отец перестал посещать синагогу и, по воспоминаниям знавших его людей, был человеком вполне светским. Амалия Фрейд разделяла взгляды мужа.
В Фрейберге Зигмунд прожил недолго. Коммерческие начинания Якоба Фрейда успеха не имели, что поставило семью на грань финансового краха. К тому же процветавший в Моравии антисемитизм заставлял задуматься о перемене места жительства. В октябре 1859 г. семья покинула Фрейберг и после нескольких месяцев, проведенных в Лейпциге в бесплодных поисках новых доходов, наконец обустроилась в Вене. Этому городу и суждено было впоследствии стать цитаделью психоанализа. Здесь Фрейд прожил около 80 лет. Здесь он получил образование. В гимназии он был первым учеником и, по собственному признанию, пользовался известными привилегиями: его даже переводили из класса в класс без экзаменов. Родители ценили успехи сына, заметно превосходившего своими способностями других детей. Для приготовления уроков ему была выделена керосиновая лампа, тогда как остальным приходилось довольствоваться свечами.
В возрасте 17 лет Зигмунд с отличием окончил гимназию и решил посвятить себя науке. Он испытывал в тот период «непреодолимую потребность разобраться в загадках окружающего мира и по возможности сделать что-либо для их решения». Но осуществлению его замыслов препятствовала государственная политика Австро-Венгрии, ограничивавшая сферу деятельности евреев коммерцией, юриспруденцией и медициной. Известное влияние на Фрейда оказала его дружба с Генрихом Брауном, который позднее стал одним из видных деятелей социал-демократического движения, основал совместно с К. Каутским и К. Либкнехтом журнал «Новое время». Под его влиянием Фрейд склонялся к изучению права, но вскоре оставил этот замысел. Не чувствовал он особой склонности и к карьере врача, но тем не менее выбрал медицину как сферу, наиболее близкую его интересам.
В 1873 г. он поступил на медицинский факультет Венского университета. Учебные занятия Фрейд совмещал с работой в Институте физиологии при университете, руководимом Эрнстом Брюкке. Сотрудничество с этим выдающимся ученым укрепило научный склад мышления Фрейда. Под руководством Брюкке он осуществил несколько оригинальных исследований, способствовавших оформлению теории нейронов.