Mladenov nació duna familia llabradora nel pueblu de Toshevtsi, na Provincia de Vidin del entós Reinu de Bulgaria. El so padre yera un partisanu antifascista que morrió naición en 1944. Dempués de graduase nuna escuela militar, entró a la Universidá de Sofía, y graduóse nel Institutu Estatal de Rellaciones Internacionales de Moscú en 1963. Poco dempués xunióse al Partíu Comunista Búlgaru, entós partíu únicu del so país, la República Popular de Bulgaria.