निकोल्सन का जन्म न्यूयॉर्क नगर के सेंट विंसेंट्स हास्पिटल में हुआ और वे शोगर्ल जून फ्रांसिस निकोल्सन (मंचीय नाम जून निल्सन) के बेटे थे। जून ने 16 अक्टूबर 1936 को मेरीलैंड के एल्कटन में इतालवी-अमेरिकी शोमैन डोनाल्ड फुर्सिलो (मंचीय नाम डोनाल्ड रोज) से छह महीने पहले ही शादी की थी। एल्कटन 'जल्दी' होने वाली शादियों के लिए जाना जाता था। हालांकि फुर्सिलो पहले से ही शादीशुदा थे और उन्होंने बच्चे की देखभाल की पेशकश भीकी थी, क्योकि जून की मां इथेल ने बच्चे के आंशिक रूप से लालन-पालन पर जोर दिया ताकि जून नृत्य में अपना करियर संवार सकें. हालांकि दावा किया जाता है कि डोनाल्ड फुर्सिलो ही निकोल्सन के पिता हैं और उन्होंने जून से दूसरी शादी की। जीवनी लेखक पैट्रिक मैकगिलान ने "जैक के जीवन" के बारे में कहा है कि लातविया में जन्मे और जून के प्रबंधक एडी किंग (मूल रूप से एडगर ए किर्ससेफल्ड) भी पिता हो सकते हैं और अन्य सूत्रों ने कहा कि जून निकोल्सन तय नहीं कर पाये कि उनका पिता कौन है। निकोल्सन की मां आयरिश, अंग्रेजी और डच मूल की थीं, हालांकि उन्होंने और उनके परिवार ने ख्रुद की आयरिश के रूप में पहचान बताई.

निकोल्सन का पालन-पोषण इस विश्वास से हुआ कि उनके दादा दादी, जॉन जोसेफ निकोल्सन (जो न्यू जर्सी के मैनासक्वान के एक डिपार्टमेंट स्टोर विंडो ड्रेसर थे।) और इथेल मे रोड्स (जो मैनासक्वान में एक नाई, ब्यूटीशियन और शौकिया कलाकार थीं) ही उनके माता-पिता थे। दरअसल, 1974 में "टाइम" पत्रिका के एक पत्रकार, जो दरअसल 1974 में निकोल्सन पर एक फीचर कर रहे थे, द्वारा सच की जानकारी देने के बाद ही 1974 में निकोल्सन को पता चला कि उनके "माता-पिता" वास्तव में उनके दादा-दादी थे और उनकी बहन ही उनकी मां थीं। उस समय तक उनकी मां और दादी दोनों की मृत्यु (क्रमश: 1963 और 1970 में) हो गई। निकोल्सन ने कहा कि वे नहीं जानते कि उनके पिता कौन है और यही बताया कि "केवल इथेल और जून को ही इसका पता था और उन्होंने किसी को कभी नहीं बताया" और इस मामले को आगे न बढ़ाने के लिए या डीएनए परीक्षण नहीं कराने का फैसला किया।

निकोल्सन न्यू जर्सी की नेपच्यून सिटी में पले-बढ़े. उनका लालन-पालन अपनी मां के रोमन कैथोलिक धर्म रीति से हुआ। निक, जिस नाम से वे अपने हाई स्कूल दोस्तों में जाने जाते थे, ने पास के मानसक्वान हाई स्कूल में शिक्षा पाई, जहां 1954 में वोटों के जरिये उन्हें "कक्षा का विदूषक" चुना गया। स्कूल में उनके सम्मान में एक थियेटर और एक नाटक पुरस्कार को उनका नाम दिया गया। 2004 में, निकोल्सन अपनी चाची लौरीन के के साथ अपने 50 वर्ष हाई स्कूल पुनर्मिलन समारोह में शामिल हुए.

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प्रसिद्धि की ओर उत्थान
अकेडमी पुरस्कारों का इतिहास
प्रारम्भिक जीवन