Peter Ustinov wurde am 16. April 1921 im Londoner Stadtteil Camden in eine Familie mit russischen, deutschen und französischen Wurzeln geboren. Sein vollständiger Name bei der Geburt war Peter Alexander von Ustinov, und die Taufe fand nach protestantischem Ritus in der Kirche der Stadt Schwäbisch Gmünd statt, wo er den Namen Petrus Alexandrus erhielt. Der Nachname seines Großvaters, Platon Grigorjewitsch Ustinow, hatte eine deutsche Schreibweise: Plato Grigorjewitsch Ustinow.

Peters Vater, Baron Iona Platonowitsch Ustinov, war ein deutscher Journalist und Diplomat russischer Herkunft. Während des Ersten Weltkriegs arbeitete er als britischer Spion in Deutschland. Der Baronstitel, der vermutlich Platon Grigorjewitsch Ustinow vom Kaiser Wilhelm I. verliehen wurde, wurde zu Beginn des Zweiten Weltkriegs verdächtig, und die Familie musste ihn ablegen. Die Familie Ustinov hatte Wurzeln im Russischen Kaiserreich, und Platons leiblicher Bruder, Michail, war Konsul des zaristischen Russland in Hongkong.

Peters Mutter, die Künstlerin Nadeschda Leontjewna Benois, war die Tochter des Petersburger Architekten Leonti Benois und stammte mütterlicherseits aus der Kaufmannsfamilie Sapozhnikov. Peters Eltern lernten sich 1920 in Petrograd kennen und heirateten dort, wo Iona, so behaupten Biografen, auf Bitte seiner Mutter kam, um den Todesort seines Vaters zu klären. Bald darauf verließen sie Russland auf einem schwedischen Dampfer mit gefälschten Dokumenten und reisten nach Amsterdam, bevor sie nach London zogen.