Née le 9 avril 1998 à Conyers (Géorgie), Mary Elle Fanning est la fille de Joy (née Arrington), joueuse de tennis professionnelle, et de Steve Fanning, ancien joueur de baseball pour l'équipe les Cardinals de Saint-Louis et actuel vendeur en matériels électroniques à Los Angeles. Son grand-père maternel est le joueur de football Rick Arrington, et sa tante le reporter Jill Arrington pour ESPN, chaîne de télévision dédiée au sport. Elle est la sœur cadette de l'actrice  Dakota Fanning, Tous comme sa famille, elle est membre de la Convention baptiste du Sud.