卡梅伦是英王威廉四世（1765-1837）和他的情妇多丽西娅·佐敦（Dorothea Jordan）的私生孩子的直系后裔，因此卡梅伦本人拥有纯正的英国王室血统。假如威廉四世和情妇那段关系是正式的婚姻，卡梅伦首相就可以列入英国王位的继承人名单内。由于祖辈的关系，卡梅伦具备英格兰（England）、苏格兰（Scotland）和德国的血统，其中的德国血统来源于威廉四世的母亲。
卡梅伦家族源自苏格兰高地的印威内斯，在英国金融界有很长的历史，祖辈有很多成员担任股票经纪或金融投资工作。卡梅伦高祖父埃云·卡梅伦爵士曾经是汇丰银行伦敦总行的首席主管。卡梅伦的祖父曾到美国芝加哥做谷物买卖的生意并且发了大财，于1880年离开美国回到苏格兰。卡梅伦的父亲伊恩·卡梅伦出生在苏格兰阿伯丁郡。
卡梅伦家中兄弟姐妹一共四人，他本人在兄弟姐妹中排行第二。卡梅伦有一位比他大三岁的哥哥，现任大律师，另外有两位妹妹。
卡梅伦在英国著名的伊顿公学就读小学和中学。在1983年5月，还剩下6个星期就毕业的时候，他被发现吸食大麻，他向学校承认了错误。由于他没有贩卖大麻，学校没有开除他，但学校罚他不准离开校园，并罚他抄写500行拉丁文诗句