杨开慧1901年出生于湖南省长沙县板仓。其父杨昌济是闻名三湘的学者，
他思想先进，杨开慧虽为女儿身，但父亲也为她取了名、字、号。1904年，杨昌济怀着救国救民的抱负，远涉重洋去留学，杨开慧在母亲向振熙的抚养下度过了童年。
1908年，杨昌济从国外来信，嘱咐杨开慧的母亲一定要送开慧上学，随后杨开慧破例进入长沙第四十初级小学，在当时的板仓女孩子还没有上学读书的先例，杨开慧开了风气之先成为该校第一批女学生，也是班上年龄最小的学生。杨开慧在杨公庙小学读了三个学期后，转到离板仓五里路的储能学校。辛亥革命发生后不久，杨开慧回家动员不识字的妈妈也进学校读书，便和妈妈一起转到离家20多里的衡粹女校，妈妈读实业班，她读附设小学班，母女同校读书一时被传为佳话。后因衡粹女校要迁到长沙，杨开慧又转到麻林桥附近的县立第一女子高校，一直读到毕业。
1913年，杨昌济从国外归来，任教于长沙湖南省立第一师范。杨开慧跟随母亲陪伴从国外留学回湘的父亲，
从乡下到长沙大鹅塘居住。杨昌济以渊博的学识和高尚的品德吸引着向上有为的学生，毛泽东、蔡和森、萧子升等经常去杨家向老师请教各种救国救民的大道理。正是在这其间，杨开慧第一次见到毛泽东。从迁居长沙到杨昌济病逝，杨开慧没有再进入学校，一直在家里由父亲指导自学。当毛泽东等来家向父亲请教时，她总是搬一条小凳坐在旁边，听他们谈论治学、做人之道，研讨朝代兴衰，探寻救国救民真理。毛泽东和杨开慧日渐熟悉。
1918年6月，杨昌济应聘为北京大学教授，举家北迁。同年秋，为了组织新民学会会员赴法勤工俭学，毛泽东第一次来到北京，前去看望老师杨昌济并在杨家小住，并经恩师介绍，在北京大学图书馆任助理员。毛泽东虽是暂住杨家，小师妹和他接触的机会却多了，毛泽东每天清晨起来坚持洗冷水澡锻炼身体，而且寒冬腊月都是这样坚持着，这也使得杨开慧从内心深处对他产生了一种敬佩，正是这时毛泽东和杨开慧开始相爱。
1918年6月，杨昌济应聘为北京大学教授，举家北迁。同年秋，为了组织新民学会会员赴法勤工俭学，毛泽东第一次来到北京，前去看望老师杨昌济并在杨家小住，并经恩师介绍，在北京大学图书馆任助理员。毛泽东虽是暂住杨家，小师妹和他接触的机会却多了，毛泽东每天清晨起来坚持洗冷水澡锻炼身体，而且寒冬腊月都是这样坚持着，这也使得杨开慧从内心深处对他产生了一种敬佩，正是这时毛泽东和杨开慧开始相爱。
1919年12月8日，毛泽东率驱张（敬尧）代表团第二次到了北京，也住在杨家。不久，杨昌济染病，杨开慧日夜侍于病榻之侧，并为父亲读书读报。每期《新青年》是必读之书，从这里，杨开慧汲取了许多新思想新道德。
1920年1月，杨昌济不幸病逝，北京和长沙的教育界都为杨昌济开了追悼会，毛泽东以半生半婿的身份参加守灵，帮助料理后事，父亲病逝后杨开慧随母亲、哥哥回湖南。
杨开慧回到长沙，得到父亲生前好友的关照，在李淑一父亲的帮助下进入教会学校福湘女中读书，和后来成为柳直荀烈士夫人的李淑一住在同一寝室。杨开慧在校期间不做礼拜，破坏校规，还经常出去搞学生运动，奔走于各校组织讲演队走上街头，宣传学联的主张。因此不久被保守的福湘女中开除。
1920年8月，毛泽东在长沙成立了文化书社，杨开慧得知书社缺经费后，还回家动员母亲把父亲去世时亲友们送的奠仪金，拿出一部分来支持毛泽东，同时她还参加了书社的工作。
1920年9月，杨开慧串联了福湘、周南两女校的5名女学生，毅然进入岳云男子中学，成为全省男子中学中第一批女学生。在湖南教育界、学界就妇女教育问题展开热烈讨论，“男女同校”成为讨论中的热门话题。要开风气之先，需有勇敢者带头，需要非凡的魄力和胆识。杨开慧想进男校，和毛泽东商量，毛泽东非常支持。
1920年冬，杨开慧加入中国社会主义青年团，成为湖南第一批团员。这年年末，她与毛泽东结婚。
1921年夏，毛泽东同何叔衡一起，赴上海参加中国共产党第一次全国代表大会。1922年初，杨开慧加入中国共产党。以党龄而论，杨开慧在女性中仅次于北大的缪伯英（何孟雄之妻），共产党第二个女党员的身份。中共“一大”后，毛泽东建立了中共湘区委员会，任区委书记，杨开慧负责区委的机要和交通联络工作，成了毛泽东的得力助手。他们把家安在了长沙市郊外清水塘22号，这也是区委所在地。她经常往来于文化书社、船山学社等党的秘密联络点，传送党的文件和指示，协助毛泽东收集资料，抄写文稿，同时照料毛泽东的生活起居，使他有精力从事日益繁重的革命工作，杨开慧当时把她母亲也接来跟着住在一起。