Valli nació como Francesco Stephen Castellucio siendo'l mayor de tres hermanos d'una familia italiana en First Ward of Newark, New Jersey. El so padre, Antohony Castellucio, foi un peluqueru y diseñador de pantalla pa los modelos de trenes Lionel. La so madre, Mary Rinaldi, yera ama de casa y emplegada d'una compañía cervecera. La inspiración pa ser cantante llegó-y a la edá de siete años, dempués que foi cola so madre a ver al nuevu Frank Sinatra, nel Paramount Theater in New York City. La so maestra inicial foi la cantante "Texas" Jean Valli, de quién tomaría'l so nome. Hasta que'l pudo sostenese cola música, trabayó como peluqueru.