Peter Ustinov est né le 16 avril 1921 dans le quartier de Camden à Londres, dans une famille aux racines russes, allemandes et françaises. Son nom complet à la naissance était Peter Alexander von Ustinov, et il a été baptisé selon le rite protestant dans l'église de Schwäbisch Gmünd, où il a reçu le nom de Petrus Alexandrus. Le nom de famille de son grand-père, Platon Grigorievitch Ustinov, était écrit en allemand : Plato Grigorjewitsch Ustinow.

Le père de Peter, le baron Iona Platonovitch Ustinov, était un journaliste et diplomate allemand d'origine russe. Pendant la Première Guerre mondiale, il a travaillé comme espion britannique en Allemagne. Le titre de baron, supposément accordé à Platon Grigorievitch Ustinov par l'empereur Guillaume Ier, est devenu suspect au début de la Seconde Guerre mondiale, et la famille a dû y renoncer. La famille Ustinov avait des racines dans l'Empire russe, et le frère de Platon, Mikhaïl, était consul de la Russie impériale à Hong Kong.

La mère de Peter, l'artiste Nadejda Leontievna Benois, était la fille de l'architecte de Saint-Pétersbourg Leonty Benois et provenait d'une famille de marchands, les Sapojnikov, par sa mère. Les parents de Peter se sont rencontrés et mariés en 1920 à Pétrograd, où Iona est venu, selon les biographes, pour déterminer le lieu de décès de son père à la demande de sa mère. Peu après, ils ont quitté la Russie sur un bateau suédois, utilisant de faux documents, et se sont dirigés vers Amsterdam, puis ont déménagé à Londres.