Питер Устинов родился 16 апреля 1921 года в лондонском районе Камден в семье с русскими, немецкими и французскими корнями. Его полное имя при рождении было Петер Александр фон Устинов, а крещение прошло по протестантскому обряду в церкви города Швебиш-Гмюнд, где он получил имя Petrus Alexandrus. Фамилия его дедушки, Платона Григорьевича Устинова, имела немецкое написание: Plato Grigorjewitsch Ustinow.

Отец Питера, барон Иона Платонович Устинов, был немецким журналистом и дипломатом русского происхождения. Во время Первой мировой войны он работал британским разведчиком в Германии. Баронский титул, предположительно дарованный Платону Григорьевичу Устинову императором Вильгельмом I, стал подозрительным в начале Второй мировой войны, и семье пришлось от него отказаться. Семья Устиновых имела корни в Российской империи, а родной брат Платона, Михаил, был консулом царской России в Гонконге.

Мать Питера, художница Надежда Леонтьевна Бенуа, была дочерью петербургского архитектора Леонтия Бенуа и происходила из купеческого рода Сапожниковых по материнской линии. Родители Питера познакомились и поженились в 1920 году в Петрограде, куда Иона приехал, как утверждают биографы, чтобы выяснить место смерти отца по просьбе матери. Вскоре они покинули Россию на шведском пароходе, используя фальшивые документы, и отправились в Амстердам, а затем перебрались в Лондон.