रॉबर्ट डी नीरो का जन्म न्यूयॉर्क के न्यूयॉर्क सिटी में हुआ था, वे वर्जिनिया एडमिरल के पुत्र हैं जो एक चित्रकार हैं और रोबर्ट डी नीरो Sr., अमूर्त अभिव्यंजनावादी चित्रकार और मूर्तिकार हैं। डी नीरो के पिता आयरिश मूल के इतालवी थे और उनकी माता जर्मन, फ्रेंच और डच वंश की थी। उनके इतालवी बड़े दादा-दादी जियोनन्नी डी नीरो और एंजिलिना मरक्यूरियो फेराज़ानो से केम्पोबासो प्रांत, मोलिज में आकर बस गए थे, और उनकी दादी हेलन ओरेइली एडवर्ड ओरिइली की पोती थी जो एक आयरलैंड की अप्रवासी थी।

डी नीरो के माता-पिता, जो प्रोविंसटाउन, मैसाचुसेट्स के हंस हौफमैन चित्रकला कक्षा में मिले थे, उनका तलाक हो गया था जब वे तीन साल के थे। मैनहट्टन के लिटिल इटली क्षेत्र में डी नीरो बड़े हुए. न्यूयॉर्क के ग्रीनविच गांव में उसकी मां द्वारा उनका लालन-पालन हुआ था। उनके अवर्णता के कारण घर का नाम "बॉबी मिल्क" दिया गया था, युवा डी नीरो लिटिल इटली स्ट्रीट गैंग में शामिल हो गए लेकिन दस साल की उम्र में पहली बार स्कूल के "द विजार्ड ऑफ ऊज़" प्रस्तुतिकरण में उनके कॉवर्डली लायन की भूमिका करने से ही उनके भविष्य की दिशा निर्धारित हो गई थी। प्रदर्शन के माध्यम से संकोच पर काबू पाने के साथ-साथ डी नीरो का झुकाव फिल्मों की ओर भी बढ़ने लगा था और इसीलिए अभिनय सीखने के लिए उन्होंने 16 साल की उम्र में हाई स्कूल छोड़ दिया. स्टेला एडलर और ली स्ट्रासबर्ग के अधीन उन्होंने शिक्षा प्राप्त की, डी नीरो ने सबसे पहले लिटिल रेड स्कूल हाउस में भर्ती हुए और फिर उनकी माता द्वारा न्यू यॉर्क में फियोरेला H. ला ग्वारडिया हाई स्कूल ऑफ म्यूज़िक एण्ड आर्ट में दाखिल करवाया गया, एक शाखा जिसका (आधिकारिक नाम "" की एक शाखा), यहां पर उन्होंने "गौडफादर II" के साथी कलाकार अल पचीनो के साथ भाग लिया। डी नीरो ने स्टेला एडलर कंसरवेटोरी के साथ-साथ ली स्ट्रासबर्ग के एक्टर स्टूडियो में भाग लिया और अपनी सदस्यता का इस्तेमाल अधिकांशतः व्यावसायिक लाभ के लिए किया।

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