पृथ्वीराज का जन्म तिरुवनन्तपुरम, केरल में हुआ; मलयालम अभिनेता सुकुमारन और मल्लिका उनके पिता-माता हैं। उनके बड़े भाई इन्द्रजित सुकुमारन और भाभी पूर्णिमा इन्द्रजित भी फ़िल्म अभिनेता हैं। उनकी प्रारंभिक शिक्षा सेंट मैरी स्कूल पूजाप्पुरा में हुई, जो उनके चेंगाल्लुर स्थित घर के करीब था। जहां उन्होंने वार्षिक समारोहों में विभिन्न नाटकों और लघु नाटकों में अभिनय किया। बाद में उन्होंने सैनिक स्कूल कझाकूटम, तिरुवनंतपुरम और भारतीय विद्या भवन, तिरुवनन्तपुरम से अपनी स्कूली शिक्षा पूरी की। अपने भाई इन्द्रजित के साथ पृथ्वीराज स्कूल में वाद-विवाद तथा वक्तृत्व प्रतियोगिता में हिस्सा लिया करते थे। पृथ्वीराज ने 1999 के एलए फेस्ट (LA Fest) में "मिस्टर एल ए फेस्ट" का खिताब जीता; यह लोयोला स्कूल, तिरुवनन्तपुरम द्वारा आयोजित एक वार्षिक अंतर-स्कूल कला उत्सव है।

जब वे ऑस्ट्रेलिया तस्मानिया विश्वविद्यालय में सूचना प्रौद्योगिकी पर स्नातक की पढ़ाई कर रहे थे, तब रेंजिथ ने उन्हें अपने निर्देशन में बनने वाली फिल्म "नंदनम" में प्रमुख भूमिका निभाने के लिए बुला लिया। एक प्रमुख मलयालम फिल्म निर्देशक फ़ाजिल ने रेंजिथ से उनका परिचय करवाया था। "नंदनम" में उनके प्रदर्शन के बाद उनके पास फिल्म उद्योग से प्रस्तावों की बाढ़ आ गयी, सो उन्होंने फिलहाल पढ़ाई छोड़कर अभिनय में ध्यान केंद्रित करने का फैसला किया।

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