Billie Eilish выросла в Хайленд-Парке в Лос-Анджелесе, в семье актёров и музыкантов. Её мать Мэгги Бейрд является актрисой, музыкантом и сценаристом. Айлиш имеет ирландские и шотландские корни. Получила домашнее образование и в возрасте 8 лет поступила в Лос-анджелесский детский хор, где её научили техникам пения. В 11 лет начала записывать и исполнять собственные песни. Также у неё есть старший брат Финниас О’Коннелл, у которого есть собственная группа.